Введение к работе
Актуальность темы диссертации определяется неослабевающим вниманием исследователей к физике твердотельных лазеров и обусловлена постоянно расширяющимся спектром их применений, необходимостью модификации существующих и реализации новых режимов генерации, развития методов управления параметрами выходного излучения. В твердотельных лазерах высокие энергетические параметры генерации сочетаются с относительной широкополосностью, надежностью, компактностью и долговечностью лазерных систем данного типа, а также с их способностью работать в самых различных режимах - от режима ультракоротких импульсов фемтосекундной длительности до режима квазинепрерывной генерации большой мощности.
Свободная генерация продольных мод лазеров на ионах хрома в рубине, александрите, изумруде, гадолиний- скандий- галлиевом гранате и других средах с плоскими зеркалами всегда происходит в режиме незатухающих пульсаций интенсивности излучения. В случае принудительного сглаживания продольной неоднородности поля в рубине с помощью компенсируемой фазовой модуляции генерация продольных мод в лазере на рубине осуществляется в устойчивом квазистационарном режиме. Смена мод в процессе генерации в условиях однородного поля в активной среде, обусловленная тепловым дрейфом линии усиления, происходит адиабатически и не сопровождается пульсациями интенсивности излучения.
В лазерах на ионах неодима в различных средах свободная генерация продольных мод происходит в квазистационарном режиме, причем это достигается в обычных условиях без принудительного сглаживания продольной неоднородности поля в активной среде, но при устранении влияния технических возмущений резонатора. В кристаллах, обладающих высокой однородностью и теплопроводностью, таких, как иттрий - алюминиевый гранат, бериллат лантана, калий - гадолиниевый вольфрамат и ряд других, при тех же экспериментальных условиях еще более просто достигается устойчивая квазистационарная генерация поперечных мод, но только при небольших значениях поперечных индексов.
Такое качественное различие в динамике свободной генерации этих лазеров обусловлено существенным различием в структуре их рабочих уровней и, соответсвенно, характеристик нелинейного самовоздействия генерации. Оно свидетельствует о наличии определенного физического механизма, приводящего к возникновению незатухающих пульсаций излучения в лазерах на ионах хрома.
Проведение детальных исследований динамики свободной генерации на большом количестве твердотельных сред с различными ионами активатора на одной экспериментальной установке при устранении технических возмущений резонатора позволило бы получить корректное сравнение генерационных характеристик разных ионов активатора и экспериментально выяснить физический механизм, ответственный за возникновение незатухающих пульсаций излучения. Одновременно такие исследования дают возможность получить в одинаковых экспериментальных условиях надежные данные о спектрально - временных и энергетических параметрах различных активных сред. Анализ нелинейной динамики импульсных лазерных систем и устойчивости генерационных режимов позволяет решить проблему воспроизводимости параметров выходного излучения и управления ими, описать различные особенности самовоздействия излучения в нелинейных оптических системах.
Цель приведения работы заключалась: в исследовании динамики свободной генерации твердотельных лазеров на различных средах и получений в них устойчивого квазистационарного режима генерации с управляемыми спектрально-временными характеристиками нзл)'ченпя; выявлении физического механизма, вызывающего незатухающие пульсации интенсивности излучения в лазерах на ионах хрома; создании мощных одночастотных перестраиваемых лазеров для резонансного воздействия па атомпые и молекулярные системы.
Научная новизна диссертационной работы.
-
Экспериментально обоснован физический механизм возникновения незатухающих пульсаций излучения в лазерах на ионах, имеющих внешнюю электронную рабочую оболочку.
-
Впервые получена одночастотная квазистационарная генерация лазеров на ионах неодима в бериллате лантана, гадолиний-скандий- галллиевом гранате с хромом, калий-гадолиниевом вольфрамате, перестраиваемая по длине волны излучения в диапазоне 1050-1080 им.
-
Впервые получена одночастотная генерация гигантских импульсов в лазерах на ионах неодима в кристаллах бериллата лантана, иттрий-алюминиевого граната, гадолиний-скандий-галлиевого граната с хромом, гексаалюмината лантана-магния с перестройкой длины волны излучения.
-
Впервые измерена с высокой точностью скорость теплового дрейфа линии усиления ионов неодима в кристаллах бериллата лантана, гадолиний-скандий-галлиевого граната с хромом, калий-гадолиниевого вольфрамата.
Практическая значимость работы.
Разработанные одночастотные перестраиваемые лазеры на ионах неодима в различных средах в режимах свободной генерации
5.
и гигантского импульса находят широкое применение в лазерной и атомной спектроскопии, фотохимии, экологии и целом ряде других областей.
, Основные результаты, выносимые на защиту.
-
Экспериментальное обоснование и исследование физического механизма, вызывающего незатухающие пульсации излучения в твердотельных лазерах на ионах с внешней рабочей оболочкой.
-
Исследование спектрально-временных и энергетических характеристик свободной генерации лазеров на ионах хрома в александрите, редкоземельно-галлиевых гранатах и на ионах неодима в бериллате лантана, гексаалюминате лантана-магния, гадолиний- скандий-галлиевом гранате с хромом, иттрий - алюминиевом гранате, концентрированном фосфатном стекле, калий-иттриевом и калий- гадолиниевом вольфраматах.
-
Исследование спектральных и энергетических характеристик излучения гигантских импульсов в лазерах на ионах неодима в кристаллах иттрий-алюминиевого граната, гадолиний-скандий- галлиевого граната с ионами хрома, бериллата лантана и гексаалюмината лантана-магния.
Личный вклад автора. Содержание и результаты диссертации основаны на опубликованных работах, в которых автор принимал непосредственное участие: в создании экспериментальных установок, в проведении экспериментов, обработке полученных результатов и написании статей.
Аппробация работы.
Основные результаты, вошедшие в диссертацию были опубликованы в статьях и доложены на ежегодных "Семинарах по перестраиваемым лазерам и их применению в метрологии": 3-м (Сухуми, 1989 г.), 4-м (Киев, 1990г.), 5-м (Ленинград,1991 г.), XI Между-
народной Вавиловской конференции по нелинейной оптике (Новосибирск, 1997г.), научных семинарах Международного института нелинейных исследований РАН, Института физики полупроводников СО РАН, Сухумского физико-технического института.
Структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы. Общий объем дис-серьации составляет 160 стр., включая 87 рисунков.
