Введение к работе
Диссертационная работа . посвящена исследованию монишх твердотельных многомодовнх технологических лазеров с высоким качеством пространственной структуры излучения.
Актуальность темы диссертационной работы.
В настоящее время твердотельные лазери широко используются в разнообразных технологических операциях таких как резка, сверление, термообработка', прецизионная сварка и др. Технологические возможности лазеров и качество выполняемых операций непосредственно связаны с размером фокального пятна и качеством поперечной структуры пучка выходного излучения лазера в месте обработки, фокусировка излучения в пятно малого поперечного размера и большой протяженности позволяет проводить технологические процессы .на материалах большой толщины, обеспечивать большую точность обработки и более высокое качество обрабатываемых поверхностей. Поскольку лазеры используют в первую очередь в технологиях, требущих высокого качества и точности обработки, то разработке лазеров позволяющих формировать фокальное пятно высокого качества является основной тенденцией развития мощных твердотельных лазеров для таких технологических операций, как резка, сверление, прецизионная сварка и термообработка.
Разработка котик твердотельных лазеров, обеспечивающих высокую однородность излучения в поперечном сечении, ?лалук расходимость и высокую стабильность пространственной структуры сопрякена с решением целого ряда сложных научных и технических проблем. При этом одной из главных является проблема пос доения схемы резонатора. Такая схема резонатора должна обеспечивать высокое качество поперечной структуры . выходного пучка излучения. При этом высокий уровень накачки, необходимый для обеспечения высокой средней мощности генерации приводит к значительным термосптическим искажениям активной среды и их сильному влиянию нэ пространственную структуру излучения,
ухудшающему качество поперечной структуры. Причем трэооваяю высокой средней мощности излучения не позволяет перейти к одномодовому режиму генерации и заставляет добиться высокого качества пространственной структуры в условиях многомодового режима.
Влияние сильных термооптических искажений при многомодовом характере генерации изучено к настоящему времени абсолютно недостаточно, что не позволяет сформулировать обоснованный алгоритм построения мощных технологических твердотельных лазерных систем с высоким качеством поперечной структуры. Поэтому
Целью диссертационной работы является:
-
Изучение характера и величины термооптических искажений, возникающих в активных, элементах из АИГ:ШЭ+ при уровнях накачки, характерных для лазеров технологического назначения.
-
Исследование влияния негауссовых термооптических искажений активного элемента на структуру мод резонатора лазера.
3. Построение аплцритма расчота схемы резонатора как одно,
так я. двухнлашнтнсшо лазера с учетом характерных негауссовых
тврмоаптичееких искажений активных элементов и динамики этих
искажений.
4. Создание на основе разработанного алгоритма образца
твердотельного технологического лазера мощностью 300 Вт и
высоким качеством поперечной структуры пучка выходного
излучения.
Научная новизна
полученных результатов заключается в следующем:
1. Исследованы характер и величина 'негауссовых аберраций, вносимых в резонатор термооптически возмущенным актившм элементом в излучателях (квантронах) наиболее употребительных
типові
2.- Путем численного моделирования выявлены основные закономерности образования модовых структур резонаторов, содержащих оптические элементы с негауссовыми элементами,
3. Сформулировано условие динамической стабильности
лазера, содержащим два активных элемента с флуктуирующей
тепловой линзой.
4. .Предложена .схема резонатора двухэлементного лазера,
' имеющая пониженную чувствительность к аберрациям основных
видов.
Практическое значение диссертацией н ой работы.
На основании проведенных исследований удалось
-
Сформулировать алгоритм расчета схемы резонатора лазера с учетом величины и характера аберраций, возникаицих в терчооптически возмущер-мх активных элементах.. .
-
Разработан технологический, лазер со средней мощностью до 300 вт и высоким качеством поперечной структуры пучка выходного излучения.
Защищаемые положения.
На защиту выносятся следующие утверждения:
-
Наличие аберраций коренным образом меняет модовуго структуру излучения лазера. Пошшо "регулярных квазигэуссовнх аксиальных мод возникают многоходовые неаксиальные модовне образования, область стохастического поведения лучей. Размеры и характер данных модовых образований зависит от уровня аберраций и параметров схемы резонатора.
-
Знание величин аберраций позволяет создать схему лазерного резонатор4, обладающую предельпо достижимым при данном уровне аберраций качеством пространственной структури выходного излучения.
3. В двухэлементной схеме резонатора лазера возможно обеспечить динамическую стабильность модовых структур при котором малые флуктуации термооптических искажений в том числе величин аберраций не приводит в .первом порядке к изменениям пространственных параметров пучка выходного излучения.
Апробация работы и публикации.
По результатам диссертационной работы опубликовано 3 "научных статьи. Результаты работы представлены на Международной конференции "Натрадициоиние лазерные технологии" (Москва, сентябрь 1992 г.) ALT-92, научных конференциях МФТИ.
Структура и объем работы.
