Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших задач квантовой эле-троннки является создание высокоэффективных"перестраиваемих ла-ерних источников света с узкой спектральной линией излучения. акие лазери находят свое применение в различных областях науки техники и позволяют решать задачи в этих областях на более jcokom научном уровне. Для этой цели могут быть использованы аэерн на электронно-колебательных переходах, обладающие широкой элосой люминесценции и позволяющие осуществлять перестройку пины волны генерации во всей видимой области.
К началу исследований (1986 годі достаточно хорошо были эучены перестраиваемые лазеры видимого и ультрафиолетового ди-іазонов на растворах органических красителей, кристаллах с пенсій окраски, органических кристаллах, лазеры на кристаллах, ітивироваших ионами переходных металлов, оксимерные лазеры и ).
Наши' исследования касаются лишь двух классов лазеров: ізеров на растворах органических красителей и лазеров на крис-ллах, активированных ионами переходных металлов.
Лазеры на растворах органических красителей, являясь исто-чески первыми лазерами на электронно-колебательных переходах, учены достаточно хорошо. В них реализованы различные режимы нерации и накачки, получены импульсы различной длительности л'оть до фемтосекунд. Использование кольцевых резонаторов в ларах на растворах органических красителей позволило улучшить которые энергетические и спектральные характеристики генери-емого излучения. В таких резонаторах реализуется высокая одно-[хность поперечного сечения генерируемого пучка, а режим бегу-3 волны позволяет осуществить практически полный съем энергии, іасенной в резонаторе.
Сужение линии генерации в таких лазерах можно осуществить либо используя в нем селективные элементы, либо изменяя саму конструкцию кольцевого резонатора.
Генерация в лазерах На кристаллах, активированных ионами перехопных металлов, впервые получена в начале 00-х годов. Эти лазеры по ряду причин вызвали огромный интерес и, в частности, возможности на оцном и том же кристалле осуществить перестройку длины волны генерации практически во всем видимом диапазоне. D настоящее время в лазерах на активированных кристаллах (ЛК) осуществлены импульсный, непрерывный и квазинепрернвний режимы генерации.
На кристаллах, активированных ионами переходных металлов, предложены также лазеры с распределенной обратной связью. В отличие от лазеров с зеркальным резонатором в РОС-лазепах обрати; связь и преимущественное усиление различных типов волн обусловлены резонансным брэгговским рассеянием этих волн на периоцичої кой структуре, сформированной либо в объеме активной среды, ли і на ее границе. Эти лазеры отличаются конструктивной простотой, компактностью, возможностью плавной перестройки узкой линии ге-нерации в широком спектральном диапазоне без селектирующих уст ройств. Спектральные исследования АК выявили в них наличие про странственно-периодических структур (ГШС) или слоев роста (СР) показателя преломления.и (или) концентрации активатора, которп при рассеянии падающего на кристалл пробного сигнала или в пта цессе генерации проявляются как решетки показателя преломления и (или) инверсной населенности. Такие АК со СР можно рассматри вать.как новый тип РОС-лазеров.
Теоретические исследования кинетических, спектральных и пороговых характеристик кольцевых лазеров на растворах органических красителей и лазеров на АК сводятся к анализу процессов
'- 4 -
распространения пстречних волн в опнорошюй среде, а РОС-лаэероп на ЛК со Ср - в среде с промодулированными параметрами. Такие исследования актуальны как .пля понимания физических процессов, протекающих в таких лазерах, так и для оптимизации их параметров. Цель исследования и постановка задач. Целью работы является:
исследование кинетических и спектральных характеристик лазеров на растворах органических красителей и активированных кристаллах в линейных и кольцевых резонаторах;
диагностика пространственно-периодических структур (ППС) или слоев роста (СР) показателя преломления и (или) концентрации активатора, образующихся в процессе роста АК и играющих при генерации или рассеянии роль решеток показателя преломления и (или) инверсной населенности;
анализ спектрально-пороговых характеристик РОС-лаэеров на АК со С^;
анализ нелинейной нестационарной теории .генерации "ОС-лазеров на АК и получение практических рекомендаций по генерации таких лазеров.
Научная новизна полученных результатов отображена в защищаемых положениях. На защиту выносятся:
- результаты теоретического исследования режима генерации
и лазерах на растворах органических красителей в кольцевом антирезонансном резонаторе;
результаты теоретического анализа влияния селективного злем.-нта на кинетические и спектральные характеристики излучения, генерируемого кристаллом -fcCg Oj ' 7с * , в линейном резонаторе;
результаты аналитического и численного исследования спектрально-пороговых характеристик лазеров на АК с РОС на СР показателя преломления и концентрации активатора, формируемых в пгонессе госта кристаллов;
диагностика пространственно-периодических структур показателя преломления и концентрации активатора, обусловленных СР, на основе селективности обратного брэгговского рассеяния пробного сигнала;
численное моделирование генерации УКИ в лазерах на ЛК со СР и ее особенности, обусловленные РОС.
Практическая значимость работы. Полученные качественные выводы и количественные оценки представляют интерес с практической точки зрения, поскольку открывают новые возможности для управления кинетическими и .спектральными характеристиками генерации в кольцевых и линейных резонаторах, а также для создания новых типов РОС~лазеров на АК со СР, генерирующих УКИ, которые с успехом могут быть использованы в различных областях науки и техники. С теоретической точки зрения эти результаты важны для понимания физических процессов и закономерностей, возникающих как в кольцевых лазерах на растворах органических красителей, так и в РОС-лазерах на АК со СР.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
Ш-ей Всесоюзной конференции по пикосекунднбй технике (Ереван, 1988 год);
ХШ Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988 год);
У Международной конференции "Перестраиваемые по частоте лазеры" (Иркутск, 1989 год);
II Всесоюзной школе но ресту кристаллов (Ужгород, І990 .год);
УІІІ Межрегиональном совещании "Кристаллические оптически материалы" (Москва, 19Э2 год);
ХУШ Международной конференции по квантовой электронике ІО.ЄС '92 (Вена, 1992);
ХШ Международной конференции по лазерам и электрооптике С10 '93 (Балтимор, .1993);
- Коніеренціш "Оптика лазеров-93" (Санкт-Петербург, 1993).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 5
глав, введения и заключения. Иллюстрационный материал включает 44 рисунка, 4 таблицы, библиография - 175 наименований.
Публикации. По теме диссертации опубликовано II научных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Личный вклад автора. Весь включенный в диссертацию материал отражает личный вклад автора в выполненных исследованиях. Научные руководители: доктор физико-математических наук профессор Куцак А.А. и кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник Корольков Ы.В. определили направление исследований, участвовали в постановке задач и в обсуждении полученных результатов. В обсуждении результатов и проведении расчетов на ЭВМ участвовали также и другие соавторы.
