Введение к работе
Актуальность темы. Повышение качества излучения и коэффициента полезного действия твердотельных лазеров остаются актуальными кроблемамп современной лазерной физики, поскольку именно эти характеристики определяют в первую очередь возможности применения твердотельных лазеров в современной медицине, связи, технологии. Исследования, посвященные решению этих проблем, ведутся как по линии поиска и изучения новых активных сред, так и разработки новых методов управления характеристиками выходного излучения.
Новыми активными средами для твердотельных лазеров с ламповой накачкой являются кристаллы скандиевых гранатов, соактивігрованньїе нонами хрома и неодима. Возможность передачи возбуждения от ионов хрома, обладающих широкой полосой поглощения, нонам неодима обусловила резкое повышение эффективности лазеров ня этих кристаллах и достижение рекордных для твердотельных лазеров с ламповой накачкой коэффициентов полезного действия. Наиболее полно преимущества новых активных сред проявляются в схемах поляризацнонно-замкнутых резонаторов, предложенных и исследованных в последнее время. Дальнейшее улучшение характеристик лазеров с поляризационно-замкнутыми резонаторами, направленное на получение дифракционного качества выходного излучения, может быть достигнуто при использовании в них устройств, компенсирующих с помощью обращения волнового фронта внутрпреэонаторные фазовые и амплитудные искажения пучка. Однако, многие вопросы, связанные с примеїіеішем в поляризащюшю-замкнутых резонаторах устройств с обращением волнового фронта, остаются невыясненными. Отчасти это связано с тем, что в поляризациопно-замкнутых резонаторах излучение распространяется более сложным образом, чем в традиционных резонаторах типа Фабрн-Перо, из-за его деполяризации при каждом проходе активного элемента. Экспериментальный материал, затрагивающий эти проблемы, крайне ограітчен.
Для обращения волнового фронта (ОВФ)' излучения твердотельных лазеров используются в первую очередь устройства на основе обратного вынужденного рассеяния Манделыптама-Брпллюэна (ВРМБ). Бурное развитие наблюдается в настоящее время и в исследовании самого явления ВРМБ. Предложенные и реализованные для возбуждения вынужденного рассеяішя новые оптические схемы с использованием обратной связи стимулировали заметный всплеск интереса к этой
тематике. К таким схемам в первую очередь относится петлевая схема, в которо оптическая обратная связь осуществляется при самопересечении пучка накачки нелинейной среде. В этой схеме параметрическое взаимодействие лазерных и стоксовы волн в ВРМБ-активной среде приводит к значительному росту усиления вьшужденног рассеяния и повышению качества обращения стоксова излучения. Другой спосо обратной связи предлагается в кольцевой схеме: в ней пучок обратной связ совмещается с исходным и возвращенное назад стоксово излучение действует ка затравочное, обусловливая рассеяние от гораздо более высокого уровня, чеі спонтанный шум. Значительное снижение порогов возбуждения вьшуждешюг рассеяния и повышение качества ОВФ в схемах с обратной связьк продемонстрированное во многих работах, выполненных в последние годы, открываю перспективы использования подобных схем в лазерных резонаторах. Тем не менее, д настоящего времени такие исследования не проводились, несмотря на очевидны преимущества ВРМБ-зеркал с оптической обратной связью по сравнению с обычным! возбуждаемыми на один проход нелинейной среды. Целью диссертационной работы являлось:
разработка метода повышения качества излучения твердотельных лазеров подярнзационно-замкнутъши резонаторами, основанного на нсполъзовашш ВРМІ зеркал с различными типами обратной связи;
исследование влияния на динамику генерашш и характеристики выходног излучения внешнего ВРМБ-зеркала с петлей обратной связи, включаемого собственны: излучением лазера с поляризационно-замкнутым резонатором;
исследование твердотельного лазера с поляризационно-замкнутым резонаторої и кольцевым ВРМБ-зсркалом, включаемым исходным лазерным излучением;
разработка метода модуляции добротности полярнзациоино-замхнутог резонатора с помощью ВРМБ-ячешсн и установлешіе физического мехаїшзм модуляции.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые осуществлено подключение к резонатору твердотельного лазер петлевого и кольцевого ВРМБ-зеркал с оптической обратной связью, определен] условия их наиболее эффективного возбуждения;
экспериментально исследованы особенности динамики генерации характеристик выходного излучения твердотельного лазера с полярнзацноннс
замкнутым резонатором, обусловленные использованием оптической обратной связи при возбуждении ВРМБ;
- осуществлен новый метол модуляшш добротности пояярнзашюнно-замкнутого резонатора с помощью внутрирезонаторной ВРМБ-ячейки.
Научная значимость и праігппеская ценность работы.
Полученные в диссертации результаты важны для понимания физических механизмов и закономерностей формирования пространственной и временной структуры излучения в лазере с полярнзашюнмо-замкиутым резонатором н ВРМБ-зеркалом, включаемым собственным затравочным излучением. Выполненные экспериментальные исследования впервые показали возможность подключения к резонатору твердотельного лазера ВРМБ-зеркал с различными видами оптической обратной связи и продемонстрировали значительные преимущества таких зеркал по сравнению с обычными, а таких выявили условия, при которых их воздействие на лазерную генерацию осуществляется с наибольшей эффективностью.
Практическая значимость работы обусловлена тем, что полученные в ней данные о возможности эффективного применения ВРМБ-зеркал могут быть использованы прп разработке и созданші твердотельных лазеров на основе скандиевых гранатов, соактнвировашплх нонами хрома и редкоземельных элементов, обладающих дифракционным качеством излучения н высоким коэффициентом полезного действия.
Защищаемые положения.
1. Предложенный и реализованный способ повышения энергии и качества
излучения твердотельного лазера, основанный на использовашпі ВРМБ-зеркал с
оптической обратной связью, п также метод модуляшш добротности поляризанконно-
замкнутого резонатора с помощью внутриреэондторной ВРМБ-ягчейкн.
-
Экспериментальные данные о влиянии петлевого н кольцевого ВРМБ-зеркал с оптической обратной связью на динамику генерашш и характеристики выходного излучения лазера с лояяризацнонно-замкнутым резонатором, а также сравшггельпый анализ со случаем вынужденного возбуждения ВРМБ-зсркала за Ьдзга проход нелинейной среды.
-
Численные расчеты нпкремептов усилешш вынужденного рассеяния и времени развития откяшса ВРМБ-зеркал с различными видами обратной связи. Численные оценки влияния параметров схем обратной связи на эффективность ВРМБ-зеркал.
-
Экспериментальные данные о физическом механизме и условиях реализации режима моноимпульсной генерашш при помещеши в поляризацнонно-замкнутый
резонатор ВРМБ-ячеіпзі, а также временных, энергетических, пространственных и спектральных характеристик выходного излучения.
Достоверность полученных экспериментальных и численных расчетов, а также выводов работы обеспечиваются тщательностью разработки методики измерений, отсутствием противоречий между экспериментальными результатами и численными оценками, соответствием выводов общим физическим принципам и закономерностям, а также результатам, полученным другими авторамы.
Апробации работы и публикации.
Основные результаты докладывались на 15-й Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Санкт-Петербург, 1995), на Ш Межреспубликанском симпозиуме "Оптика атмосферы и океана" (Томск, 1996), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-96" (Москва, 1996), IV Симпозиуме "Оптика атмосферы и океана" (Томск, 1997) и содержатся в 6 публикациях, список которых приведен в конце реферата.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введення, четырех глав и заключения; содержит 10S страниц текста, в том числе 37 рисунков; список цитируемой литературы включает 84 наименования.
