本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于示蹤原子或者示蹤分子的堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度的檢測裝置及檢測方法。該方法向堿金屬激光器增益介質(zhì)內(nèi)添加一種處于基態(tài)的示蹤原子或者示蹤分子，利用探針激光入射至增益介質(zhì)，調(diào)諧探針激光頻率至示蹤原子或者示蹤分子吸收譜線中心頻率處，通過測量泵浦前后探針激光被示蹤原子或者示蹤分子吸收后其透射功率的變化，得到泵浦條件下增益區(qū)內(nèi)的堿金屬原子濃度和介質(zhì)溫度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，測量結(jié)果準(zhǔn)確，抗干擾性強(qiáng)，具有實(shí)時性，可靠性高，解決了堿金屬激光器泵浦區(qū)域內(nèi)原子濃度和溫度測量的技術(shù)瓶頸，為堿金屬激光器性能評估和診斷測試提供有效手段。

1.一種堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置，其特征在于：所述裝置包括
半導(dǎo)體泵浦激光器(1)、光束整形和聚焦光學(xué)系統(tǒng)(2)、堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)、一號腔鏡
(4-1)、二號腔鏡(4-2)、探針激光器(5)、光學(xué)隔離器(6)、偏振調(diào)節(jié)元件(7)、一號分光鏡(8-
1)、二號分光鏡(8-2)、激光波長計(9)、一號激光功率計(10-1)、二號激光功率計(10-2)、一
號偏振分光元件(11-1)、二號偏振分光元件(11-2)、信號處理設(shè)備(12)，其中一號腔鏡(4-
1)和二號腔鏡(4-2)構(gòu)成了激光諧振腔，所述激光諧振腔內(nèi)含有堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)，
所述堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)內(nèi)包含有工作堿金屬原子、示蹤原子或者示蹤分子及產(chǎn)生堿
金屬蒸氣激光所需的緩沖氣體；
半導(dǎo)體泵浦激光器(1)發(fā)出的泵浦光經(jīng)過光束整形和聚焦光學(xué)系統(tǒng)(2)后入射至一號
腔鏡(4-1)、堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)和二號腔鏡(4-2)，在一號腔鏡(4-1)和二號腔鏡(4-2)
構(gòu)成的激光諧振腔反饋?zhàn)饔孟庐a(chǎn)生堿金屬蒸氣激光輸出；
探針激光器(5)發(fā)出的線偏振探針激光，首先經(jīng)過光學(xué)隔離器(6)，所述光學(xué)隔離器(6)
用于防止探針激光入射至后續(xù)光學(xué)元件時由于散射產(chǎn)生的反饋回光對探針激光器(5)的功
率和光譜特性產(chǎn)生負(fù)面影響，光學(xué)隔離器(6)出射的線偏振探針激光經(jīng)過偏振調(diào)節(jié)元件(7)
對其空間偏振方向進(jìn)行調(diào)節(jié)后，先后經(jīng)過一號分光鏡(8-1)和二號分光鏡(8-2)，其中一號
分光鏡(8-1)將一部分探針激光分至激光波長計(9)，從一號分光鏡(8-1)透射出的探針激
光經(jīng)二號分光鏡(8-2)，二號分光鏡(8-2)將一部分從一號分光鏡(8-1)透射出的探針激光
分至一號激光功率計(10-1)，從二號分光鏡(8-2)透射出的探針激光經(jīng)過一號偏振分光元
件(11-1)反射后入射至堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)內(nèi)，經(jīng)過其包含的示蹤原子或者示蹤分子
吸收后，從堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)透射出的探針激光再經(jīng)過二號偏振分光元件(11-2)反
射后入射至二號激光功率計(10-2)；
經(jīng)過激光波長計(9)、一號激光功率計(10-1)及二號激光功率計(10-2)檢測得到的數(shù)
據(jù)均輸入信號處理設(shè)備(12)，在信號處理設(shè)備(12)內(nèi)完成對入射和透射探針激光功率數(shù)據(jù)
的處理，最后經(jīng)過軟件分析計算得到泵浦前后在泵浦區(qū)域內(nèi)的堿金屬增益介質(zhì)原子濃度和
溫度變化信息。
2.一種如權(quán)利要求1所述堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置，其特征在
于：所述堿金屬激光器增益介質(zhì)(3)是靜止的。
3.一種如權(quán)利要求1所述堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置，其特征在
于：所述堿金屬激光器增益介質(zhì)(3)是流動的。
4.一種如權(quán)利要求1所述堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置，其特征在
于：所述堿金屬激光器增益介質(zhì)(3)中含有的工作堿金屬原子是鉀、銣或者銫中的一種。
5.一種如權(quán)利要求4所述堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置，其特征在
于：所述堿金屬激光器增益介質(zhì)(3)中含有的示蹤原子是鋰、鈉、鉀、銣或者銫中的一種，但
其種類應(yīng)該不同于堿金屬激光器增益介質(zhì)(3)中含有的工作堿金屬原子。
6.一種如權(quán)利要求1或5所述堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置，其特征
在于：所述探針激光器(5)的線寬應(yīng)遠(yuǎn)小于示蹤原子或分子吸收譜線的寬度，其波長調(diào)諧至
示蹤原子或示蹤分子吸收譜線中心頻率處。
7.一種如權(quán)利要求1所述堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置，其特征在
于：所述探針激光器(5)為固體激光器、光纖激光器、半導(dǎo)體激光器或者氣體激光器中的一
種。
8.一種如權(quán)利要求1所述堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置，其特征在
于：所述一號分光鏡(8-1)和二號分光鏡(8-2)的分光比在4％～10％之間。
9.一種利用如權(quán)利要求1所述堿金屬激光器增益介質(zhì)原子濃度和溫度檢測裝置的檢測
方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
S1、向堿金屬激光器增益介質(zhì)(3)內(nèi)添加處于基態(tài)的示蹤原子或者示蹤分子：
對于在室溫下處于氣態(tài)的示蹤原子或者示蹤分子，將示蹤原子或者示蹤分子按照所需
濃度直接充入堿金屬增益介質(zhì)腔體內(nèi)并密封；對于在室溫下處于固態(tài)或者液態(tài)、需要加熱
以產(chǎn)生所需濃度飽和蒸氣的示蹤原子或者示蹤分子，在向堿金屬激光器增益介質(zhì)腔體內(nèi)放
入堿金屬工作物質(zhì)的同時放入固態(tài)或者液態(tài)的示蹤原子或者示蹤分子并密封，通過加熱產(chǎn)
生氣態(tài)的示蹤原子或者示蹤分子；
S2、搭建堿金屬蒸氣激光產(chǎn)生系統(tǒng)及基于示蹤原子或者示蹤分子的探針激光吸收光譜
測量光路系統(tǒng)：
S2.1、利用步驟S1中充入示蹤原子或者示蹤分子的堿金屬激光器增益介質(zhì)搭建半導(dǎo)體
泵浦堿金屬蒸氣激光器，所述半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器由半導(dǎo)體泵浦激光器(1)、光束
整形和聚焦光學(xué)系統(tǒng)(2)、堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)、一號腔鏡(4-1)、二號腔鏡(4-2)組成，
半導(dǎo)體泵浦激光器(1)發(fā)出的泵浦光經(jīng)過光束整形和聚焦光學(xué)系統(tǒng)(2)后入射至一號腔鏡
(4-1)、堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)和二號腔鏡(4-2)，在一號腔鏡(4-1)和二號腔鏡(4-2)構(gòu)成
的激光諧振腔反饋?zhàn)饔孟庐a(chǎn)生堿金屬蒸氣激光輸出；
S2.2、利用探針激光器(5)、光學(xué)隔離器(6)、偏振調(diào)節(jié)元件(7)、一號分光鏡(8-1)、二號
分光鏡(8-2)、激光波長計(9)、一號激光功率計(10-1)、二號激光功率計(10-2)、一號偏振
分光元件(11-1)、二號偏振分光元件(11-2)、信號處理設(shè)備(12)搭建探針激光吸收光譜測
量光路系統(tǒng)，探針激光器(5)發(fā)出的探針激光經(jīng)過光學(xué)隔離器(6)、偏振調(diào)節(jié)元件(7)、一號
分光鏡(8-1)、二號分光鏡(8-2)后再通過一號偏振分光元件(11-1)耦合進(jìn)由一號腔鏡(4-
1)和二號腔鏡(4-2)構(gòu)成的激光諧振腔并入射到堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)內(nèi)，通過調(diào)節(jié)探針
激光器(5)的位置對入射到堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)內(nèi)的探針激光的空間位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使
其與由半導(dǎo)體泵浦激光器(1)發(fā)出的泵浦激光在堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)內(nèi)保持光束中心
共線，再將經(jīng)過堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)后透射的探針激光利用二號偏振分光元件(11-2)
耦合出激光諧振腔；在此過程中利用一號激光功率計(10-1)檢測得到入射探針激光功率
P₀；
S3、將探針激光的頻率調(diào)諧至示蹤原子或者示蹤分子吸收光譜的中心頻率處，在未泵
浦條件下，利用激光波長計(9)對探針激光頻率進(jìn)行檢測，將探針激光頻率精確調(diào)諧至示蹤
原子或者示蹤分子吸收光譜中心頻率處；
S4、分別在未泵浦和泵浦條件下測量探針激光經(jīng)過堿金屬蒸氣增益介質(zhì)(3)被示蹤原
子或者示蹤分子吸收后的透射功率，通過計算得到介質(zhì)溫度和堿金屬原子濃度在泵浦前后
的變化信息：
S4.1、在未泵浦條件下，通過采用熱電偶測量得到堿金屬蒸氣增益介質(zhì)溫度為T₁，根據(jù)
堿金屬飽和蒸氣壓公式計算得到在溫度T₁條件下的堿金屬原子濃度為n₁；利用二號激光功
率計(10-2)測量探針激光經(jīng)過示蹤原子或者示蹤分子吸收后的透射功率為P₁；
S4.2、開啟半導(dǎo)體泵浦激光器(1)，使其產(chǎn)生泵浦激光，在泵浦光作用下堿金屬原子由
于量子虧損產(chǎn)生廢熱導(dǎo)致介質(zhì)溫升，泵浦區(qū)域內(nèi)示蹤原子或者示蹤分子濃度隨之下降，此
時利用二號激光功率計(10-2)測量探針激光經(jīng)過示蹤原子或者示蹤分子吸收后的透射功
率為P₂；
S4.3、根據(jù)理論計算可以得到，泵浦區(qū)域的介質(zhì)溫度在泵浦后的溫度為：T₂＝T₁·[ln
(P₀/P₂)/ln(P₀/P₁)]^-2/3；堿金屬原子在泵浦后的濃度為：n₂＝n₁·(T₂/T₁)^-1。