Введение к работе
Актуальность темы. Широкое применение лазеров в различных областях наука, техники и производственных процессах выдвигает новые повышенные требования к стабильности и возыое-ности быстрой перестройки параметров излучения -лазеров различных типов. Одним из путей удовлетворения этих требований является включение з резонатор лазера управляемого адаптивного зеркала, параметры которого надлекащим образом регулируются, а з дальнейшем и автоматически подстраиваются. В этом аспекте первоочередными задачам следует считать еле-
-
задачу активной стабилизации интегральной мощности излучения лазера;
-
задачу уменьшения расходимости излучения;
-
задачу формирования заданного распределения интенсивности по сечению лазерного пучка.
Первые две из перечисленных задач нашли определенное отразе-ние з научных публикациях семидесятых и восьмидесятых годоз. Однако основное внимание з этих публикациях уделяется созданию высокостабильаых, уникальных лазеров, предназначенных для прецизионных измерений.
Значительно меньше разработаны вопросы стабилизации параметров излучения технологических лазеров, обеспечивающих требуемые в производственном процессе мощности излучения и поэтому зачастую работающие в многомодовом по поперечным индексам резпме. Условия применения технологических лазеров затрудняют такае исследования традиционных методов по пассивной стабилизации параметров излучения. В связи с этим задача по активной стабилизации мощности излучения и уменьшения расходимости лазерного пучка технологических лазеров остается актуальной.
Решение третьей из перечисленных выше задач стало воз-тгогным тшшь -ъ ииследнив годы ъ -связи о созданием гибшх-уп-равляемых адаптивных зеркал. Для эффективного применения таких зеркал в лазерах необходимы дальнейшие исследования,
актуальность которых не вызывает сомнения.
Пелью настоящей работы является: I) разработка новой конструкции пьезокерамического корректора системы активной стабилизации мощности излучения твердотельного лазера как з одномодовом, так и в многомодовом резные; 2) выявление и устранение физических причин, ограничивающих предельно дости-зимые значения стабильности мощности излучения при активной ее стабилизации; 3) исследование особенностей применения простейшего адаптивного зеркала в система активной стабилизации мощности излучения лазера на АИГ: Мх ^* с внутрирезонатор-ной генерацией второй гармоники; 4) определение параметров сферического многоприводного управляемого зеркала с апертурой около 30 мм, как элемента резонатора лазера; 5) исследование механизма управления профилем интенсивности излучения лазера на АИГгУс^ Щ?я помощи гибкого сферического зеркала в одномодовом и многомодовом режиме; S) определение условий уменьшения расходимости и фокусировки излучения лазера на ШГ'.Ма. , управляемым гибким сферическим зеркалом.
Научная новизна полученных результатов:
1. Установлено, что главными причинами появления лозных
сигналов ошибки в системах активной стабилизации мощности
излучения лазеров являются: а) изменение чувствительности
фотоприемнина при перемещении луча по выходному окну и тем
пературная зависимость чувствительности; б) спектральная
селекция излучения зеркалами лазера на плоскопараллельных
подлозках; в) поляризационные эффекты в система формирования
сигналов ошибки; г) переходные процессы в электронной части
системы активной стабилизации мощности излучения.
2. Показано, что в одномодовом резиме в лазере на АИГ:Ус1
с линейным резонатором без дополнительных поляриза
ционных элементов имеют место главным образом флуктуации
ориентации линейной поляризации излучения. В многомодовом
режиме нестабильность мощности излучения связана в основном
с хаотическим срывом и возбуждением отдельных мод со всевозможными ориентациями линейной поляризации.
3. Показано, что разработанный корректор с поворачиваю-
ещмся зеркалом позволяет эффективно использовать при активной стабилизации мощности излучения второй гармоники в режиме внутрирезонаторной ее генерации (БРГВГ) эффект расстройки синхронизма.
4. Установлено, что управляемое гибкое сферическое зеркало в резонаторе лазера позволяет эффективно влиять на медовый состав излучения я, как следствие, на распределение интенсивности по сечению лазерного пучка. В частности такое зеркало позволяет уменьшить расходимость излучения лазера на АИГ: Md более чем в два раза при потере мощности менее 40%.
Практическая значимость "работы.
I. Применение в системе активной стабилизации мощности излучения лазера на АИГ:tfd корректоров предложенной конструкции с пьезокерамическими пакетами, поворачивающими зеркало резонатора, позволяет обеспечить долговременную (в течение не менее I часа) относительную стабильность мощности / =0,5^ в одномодовом и f =1,5% в многомодовом режиме генерации.
2. Выявление основных физических причин появления в системе активной стабилизации мощности излучения лазера на АИГ: McL ложных сигналов ошибки дает возможность выбрать оптимальную схему системы стабилизации, обеспечивающую до-стигение предельных значений стабильности мощности.
-
Применение корректора предложенной конструкции позволяет при активной стабилизации мощности второй гармоники излучения в резиме БРГВГ использовать эффект нарушения синхронизма и увеличить стабильность мощности излучения на длине волны А =0,53 мкм более чем на порядок.
-
Показано, что применение управляемого гибкого сферического пьезокерамического зеркала в резонаторе лазера на АИГсУа позволяет эффективно менять распределение интенсивности излучения по профилю лазерного пучка и уменьшить расходимость излучения примерно в два раза, доводя ее до
I Ю~^ радиан при потере мощности не более 405$.
На защиту зыносятся следующие основные положения;
пьезокерамический корректор с поворачивающимся зеркалом в системе активной стабилизации мощности излучения твердотельного лазера позволяет обеспечить относительную стабильность 0,5# в одномодовом и 1,5# в многомодовом режиме (оценка по максимальному отклонению). Достижение таких значений стабильности возможно лишь при минимизации ложных сигналов ошибки;
при стабилизации мощности излучения второй гармоники в режиме ВРГВГ предложенный корректор позволяет эффективно использовать эффект расстройки синхронизма;
разработка сферического гибкого управляемого пьезоке-рамического зеркала не требует применения в резонаторе с таким адаптивным зеркалом дополнительных оптических элементов. В результате такое зеркало позволяет обеспечить перераспределение интенсивности по профилю лазерного пучка с минимальными потерями мощности;
применение сферического управляемого пьезокерамкче-ского зеркала в резонаторе лазера позволяет уменьшить расходимость излучения примерно в два раза при снижении мощности не более чем на 40.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзной конференции "Применение лазеров в _на-родном хозяйстве" НВДШН, г.Шатура, 1989; УІ-ofi Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" г.Ленинград, 1990; научном семинаре кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета MET 1991, а также опубликованы в научных журналах СССР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, в котором изложены основные результаты, и списка цитированной литературы. Объем диссертации составляет 167 страниц текста, включая 60 рисунков, 14 таблиц. Список литературы содержит 95 наименований.
