Введение к работе
Актуальность темы. Методы импульсной голографической интерферо-ітрии, не требующие непосредственно контакта с изучаемым объектом, обес-чивающие получение информации сразу по всей видимой его поверхности, зволяющие обойтись без жесткой фиксации объекта, открывают большие по-нциальные возможности в исследовании быстропротекающих процессов, не-ационарных объектов, в неразрушающем контроле изделий больших размеров условиях их эксплуатации. Для практической реализации данных возможно-ей необходимы высококогерентные мощные моноимпульсные лазеры, рабо-ющие в режиме повторения вспышек, и лазеры парных импульсов с пере-ройкой временного интервала между ними, удовлетворяющие целому ряду ебований, таких как обеспечение одпочастотной генерации импульсов, осуще-вление стабилизации или перестройки частоты излучения от импульса к им-льсу, формирование двухчастотного излучения, получение широкого диапазо-перестройки временного интервала между импульсами, обеспечение стабиль-сти энергии и амплитудно-фазовых распределений волновых фронтов им-льсов и т. д. В разработанных к моменту постановки настоящей работы им-льсных лазерах для голографической интерферометрии (в основном за рубе->м, в странах СНГ данная научно-техническая задача не решена) реализована или иная группа требуемых параметров излучения, и они предназначены для шения конкретного круга задач. Кроме того некоторые характеристики из-:тных лазеров не являются предельно высокими.
До сих пор актуальной остается задача получения позволяющего исследо-гь крупногабаритные объекты мощного высококогерентного одночастотного пучения при использовании активных модуляторов добротности, которые не-ходимы для синхронизации импульсов с исследуемым процессом и для регу-ровки временного интервала между ними. Относительно моноимпульсных ла-юв существует необходимость получения мощного одночастотного излуче-я, воспроизводимого и перестраиваемого от импульса к импульсу по частоте, кие лазеры позволят проводить достоверные исследования крупногабаритных ьектов при статических нагружениях, а также контроль изделий путем полу-яия их топограмм. Многие практические задачи до настоящего времени не ремы из-за отсутствия отвечающего нужным требованиям лазера парных им-гсьсов, в котором временной интервал между импульсами лежит в диапазоне максимального интервала, получаемого в пределах одного цикла накачки, до нимального периода повторения вспышек моноимпульсного лазера. К числу сих задач можно отнести испытание композиционных материалов, исследова-е вращающихся объектов и др.
В связи с вышеизложенным проведенные исследования процессов, свя ных с генерацией гигантских импульсов при модуляции добротности актив затвором, и разработка на основе полученных результатов мощных високої рентных импульсных рубиновых лазеров, позволяющих регистрировать г графические интерферограммы различного рода объектов, являются актуалі ми как с научной, так и с практической точки зрения.
Связь работы с программами и темами. Диссертационная работа полнена в рамках госбюджетных тем Электроника 2.08, Постановление Пг диума АНБ №116 от 05.12.1990г.; Оптика 2.52а, Постановление АНБ №21 23.12.1985г.; Лазер 2.70, Постановление ГКНТ СССР №42 от 27.02.1981 г.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы являлись разраб методов управления спектром генерации лазеров с модулируемой добро стью, обеспечивающих получение высококогерентного узкополосного ИМП) ного излучения, стабилизацию и перестройку частоты генерации импульс< создание на основе этих методов как моноимпульсных, так и двухимпульсн широким диапазоном перестройки временного интервала рубиновых лазе обеспечивающих исследование различного рода процессов и объектов мето; топографической интерферометрии.
Для достижения поставленной цели надо было решить следующие зад
в лазерах с автоинжекцией излучения на основе трехзеркальных резог ров исследовать особенности и оптимизировать условия моноимпульсной і рации, формируемой после включения активного модулятора добротности и травочного излучения цичков свободной генерации для получения узкополс го высококогерентного импульсного излучения;
разработать и исследовать способы и устройства, обеспечивающие ст лизацию и перестройку по длине волны от импульса к импульсу одночастс го излучения, формируемого из затравочных пичков свободной генерации;
исследовать влияние пространственной структуры затравочного излуч на формирование гигантских импульсов в рубиновом лазере с активным ы лятором добротности, в частности с акустооптическим затвором;
исследовать динамику и спектр гигантских импульсов при комбинирс ной модуляции потерь резонатора активным затвором и просветляющ: фильтром для оптимизации режима генерации и сужения полосы излучения
разработать и исследовать способы и устройства, обеспечивающие раї рение временного интервала между парными импульсами рубинового лазер;
Научная новизна работы. Впервые разработаны способ и устрої управления спектром импульсного излучения без использования селекти щих элементов в резонаторе лазера. Способ позволяет получать одночасто стабилизированное и перестраиваемое по длине волны формируемое из зі
шых пичков свободной генерации импульсное излучение. Предложены схе-[ лазеров, обеспечивающие высокий контраст спектральной линии моноим-пъса на фоне линий пичков свободной генерации, излучение которых не было пользовано в качестве затравочного.
Впервые на основании экспериментальных исследований влияния про-эанственной структуры затравочного излучения на формирование импульсов >убиновых лазерах с модуляцией добротности показана возможность управле-я поперечной модовой структурой гигантских импульсов с помощью затра-чного излучения, а также установлено, что изменение соотношения потерь я поперечных типов колебаний резонатора в зависимости от длительности люченного состояния модулятора может влиять на число генерируемых им-льсов и интегральный спектр излучения.
Впервые теоретически показано, что в лазерах с автоинжекцией излучения основе трехзеркальных линейных и разветвленных резонаторов обуславли-гощий одночастотную генерацию гигантских импульсов сдвиг частоты затратного излучения к ближайшей моде основного резонатора, формирующейся моды дополнительного резонатора, происходит при любом значении частоты травочного излучения, когда длина основного резонатора больше длины до-)лнительного, при обратном соотношении длин резонаторов для дополнительно резонатора характерно наличие собственных частот, для которых указаний сдвиг невозможен.
Впервые в результате теоретических и экспериментальных исследований га комбинированного способа модуляции добротности установлена зависи-эсть времени развития моноимпульсной генерации и ширины ее спектра от на-ільного пропускания пассивного модулятора и показано, что для заданной іергии излучения лазера путем уменьшения начального пропускания пассивно-) фильтра можно осуществить эффективное сужение спектра импульсной гене-щии, вплоть до одной продольной моды резонатора.
На основании результатов теоретических и экспериментальных исследовали разработан ряд новых мощных высококогерентных предназначенных для* жографии и топографической интерферометрии импульсных рубиновых лазе-зв.
Практическое значение работы. Разработанный высококогерентный оноимпульсныи лазер, стабилизированный и перестраиваемый от импульса к мпульсу по частоте за счет формирования импульсов из затравочного излуче-ия, в режиме стабилизации частоты позволяет методом двойной экспозиции роводить достоверные исследования подвергнутых статическим нагружениям зделий и объектов, в том числе и крупногабаритных размеров до -2x2x2 м3. [ерестройка частоты генерации данного лазера дает возможность проводить с
его помощью исследования объектов методом получения контурных карт ре фа их поверхности.
Разработанные лазеры парных импульсов, а именно: лазер с комбиш ванной модуляцией потерь и перестройкой временного интервала между пульсами в пределах импульса накачки от 20 до 700 мкс, лазер с профилиро ными импульсами накачки, расширяющими межимпульсный интервал до мс, и лазер со сдвинутыми во времени разрядами ламп накачки, обеспечш щими неограниченный в сторону больших времен интервал между импульс; позволяют методом двух экспозиций исследовать быстропротекающие про сы и подверпгутые динамическим нагрузкам объекты, размеры которых м< доходить до ~3 м2.
Созданы экспериментальные образцы указанных рубиновых лазеров к лографических интерферометров на их основе, которые внедрены и испол ются на предприятиях авиапрома: в ЦИАМ им. П. И. Баранова (г. Москва), Ъ "Труд" (г. Самара), Моторостроительном КБ (г. Пермь), Машиностроитель КБ "Прогресс" (г. Запорожье), в ВНЦ ГОИ (г. С.-Петербург), Днепропет] ском университете, в Центре микроэлектроники (г. Хемниц, Германия).
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
способ и средства стабилизации и перестройки частоты одночас
ной генерации гигантских импульсов, основанные на формировании имгг/j
из затравочного излучения пичка свободной генерации и селекции частоты
пульсного излучения в цепи фотоэлектрического управления модулятором і
ротности резонатора; .
метод и средства управления поперечной модовой структурой гиг; ских импульсов в лазерах с автоинжекцией затравочного излучения, основан на внесении пространственно-селективных потерь на стадии формирования травочного излучения свободной генерации, при этом в случае длительного і лее 300 не для рубинового лазера) включенного состояния модулятора доб] ности изменение соотношения потерь для различных поперечных ТИПОВ КОЛ( ний резонатора приводит к генерации в более поздний момент второго гиг; ского импульса, развивающегося из широкополосного шума усиленной лю несценции на иной, чем затравочная, поперечной моде;
в лазерах с автоинжекцией затравочного излучения на основе трех: кальных линейных и разветвленных резонаторов обеспечивающий условия почастотной генерации гигантских импульсов сдвиг частоты затравочного и: чения к ближайшей моде основного резонатора, формирующейся из моды полнительного резонатора, происходит при любом значении частоты затрат ного излучения, когда длина основного резонатора больше длины дополниті ного, при обратном соотношении длин резонаторов характерно наличие со(
нных частот дополнительного резонатора, для которых указанный сдвиг не-зможен;
для заданной энергии излучения лазера при комбинированной модуля-и потерь снижение начального пропускания пассивного фильтра увеличивает емя развития генерации с момента включения активного затвора и способст-ет сужению спектра гигантского импульса вплоть до одной продольной моды зонатора;
методы и средства расширения временного интервала между парными герентными импульсами лазера, основанные на питании ламп накачки неод-'родной формирующей линией и на применении симметричной относительно и резонатора накачки активной среды посредством двух групп ламп накачки сдвинутыми во времени разрядами.
Личный вклад соискатели. Содержание работы, включающее методы и зультаты решения поставленных задач, полностью отражает личный вклад со-кателя. Руководителем Тюшкевичем Б. Н. определена цель работы и осущест-ена постановка ряда задач. Совместно с ним проведено обсуждение результа-в и дана их интерпретация. Другие соавторы публикаций занималось вопроса-I, не связанными с темой диссертационных исследований.
Апробация результатов диссертации. Результаты проведенных исследо-ний докладывались на 5 Всесоюзной научно-технической конференции "Фо-метрия и ее метрологическое обеспечение"(г. Москва, 1984 г.); 12 Всесоюзной іучно-технической конференции "Высокоскоростная фотография, фотоника и прология быстропротекаюших процессов" (г. Москва, 1985 г.); Республикан-ой научно-технической школе-семинаре "Лазерное оптическое и спектральное )иборостроение"(г. Минск, 1986 г.); Областном научно-техническом семинаре Ірименение лазеров в науке и технике" (г. Тольятти, 1989 г.); Международной шференции "Голография - 89"(г. Варна. Болгария, 1989 г.); Зональном научно->актическом семинаре "Лазеры в народном хозяйстве и научных исследовани-;" (г. Челябинск, 1990 г.); 4 Национальной конференции "Лазеры и их приме-:ние" ("Лазеры'90")(г. Пловдив. Болгария, 1990 г.); 2 Всесоюзной научно-тех-іческой конференции "Метрологическое обеспечение измерений частотных и [ектральных характеристик излучения лазеров" (г. Харьков, 1990 г.); Всесоюз->м научном семинаре "Метрология лазерных измерительных систем" (г. Вол-град, 1991 г.); Международной конференции "Оптика лазеров'93" (г. С.-Пе-рбург, 1993 г.).
Публикации. Результаты диссертационной работы представлены в 24 на-шых публикациях, включающих 12 научных статей, 3 кратких сообщения, 9 зисов докладов, и защищены 4 авторскими свидетельствами и 2 патентами.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, общей
характеристики, пяти глав и выводов. Она содержит 117 страниц , 25 рисун 126 библиографических ссылок, включая публикации автора.
