Введение к работе
Актуальность темы. Для решения многих научных и прикладных задач, связанных с резонансным воздействием на вещество, требуются" стабильный и хорошо воспроизводимый узкий спектр генерации, высокая спектральная плотность излучения, возможность непрерывной или дискретной перестройки спектра в широком интервале и точной настройки его на выбранную длину волны. Наиболее перспективными для создания таких источников излучения являются лазеры с широкой полосой усиления, в частности, лазеры на красителях. Однако для их практического применения спектр генерации необходимо сужать и стабилизировать.
Существующие метода управления спектральными
характеристиками широкополосных лазеров имеют как свои достоинства, так и недостатки, и не являются универсальными. Многообразие же выдвигаемых практикой задач стимулирует развитие новых, дополняющих друг друга методов.
Одними из таких новых методов и явились резонансные фазово-поляризационные метода (РИМ) управления спектром генврируемоґо излучения. С помощь» таких методов была получена селекция частот излучения гелий-неонового лазера на длинах волн 0,63 и 1,15 мкм при индуцировании в активной среде продольным (или поперечным) магнитным полем циркулярной (или линейной) фазовой анизотропии.
Цель диссертационной работы заключалась в разработке вариантов резонансных фазово-поляризациокных методов, пригодных для управления и стабилизации спектра излучения импульсных широкополосных лазеров на красителях с ламповой накачкой, и создание на их основе узкополосных лазерных источников излучения для прикладных целей.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем.
1. Рассчитаны частотные зависимости пропускания резонатора
лазера с резонансным фазово-поляризационным селектором (ФПС),
состоящим из резонансного фазового элемента (поглощающая среда в
продольном или поперечном магнитном поле), нерезонансного
фазового элемента и поляризатора, для различных параметров
селектора. Показано, что ФПС позволяет управлять спектральными
характеристиками широкополосных лазеров.
2. Экспериментально изучены спектральные характеристики
лазеров на красителях с ФПС. Продемонстрирована возможность
получения узкой линии генерации с регулируемой шириной вплоть до
2 одночастотного реюша; линии с шириной, совпадавдей с шириной используемой в ФПС линии поглощения; двухчастотного режима с плавной регулировкой частотного интервала между линиями.
-
На основе лазера с ФПС предложен универсальный метод стабилизации частоты узкой линии генерации, применимый даже к импульсным лазерам на красителях с ламповой накачкой, работающим в режиме одиночных импульсов.
-
Установлена связь энергетических характеристик лазера с ФПС со спектральными. Показано, что при ширине линии генерации, совпадающей с иириной линии поглощения, энергетическая эффективность при сужении спектра высока и ухудшается при получении одночастотного режима.
-
Исследовано влияние асимметрии контура линии поглощения на спектральные характеристики лазеров с ФПС. Экспериментально доказано, что привязка узкой линии генерации осуществляется к цетру тяжести сложного контура линии поглощения со структурой сверхтонкого расщепления. При наличии нескольких изотопов лазер с ФПС позволяет определять изотопический сдвиг спектральных линий.
-
Предложен новый спектроскопический метод определения ряда параметров атомарных сред, имеющих дублетные спектральные линии со сверхтонкой структурой.
-
На основе двухчастотного режима генерации лазера с ФПС. разработан метод измерения больших оптических плотностей.
Связь с крупными научными программами. Работа выполнена в рамках Общесоюзных программ по постановлениям директивных органов: "Лазер 2", "Прибор-4", НТП 0.26.05, НТП 0.72.04, а также Республиканских комплексных программ и тем в области естественных наук: "Спектроскопия 03", "Спектроскопия 2", "Оптика 2", "Лазер 3", "Приборостроение 1,2".
Практическая ценность. Результаты исследований и разработок использованы для научных целей и проведения работ по созданию лазеров с узким стабильным спектром излучения и другой аппаратуры на их основе на предприятиях ВНИИКФИ, ВНИИЭФ, МВТУ, МГУ, ГОЛ, ИВТАН, НПО "Зенит". Созданный макет лазера "Краситель-М" в рамках хоздоговора передан во ВНИИЭФ для применения его в составе измерительного комплекса, а селектор длин волн - в НПО "Зенит", где он использован при изготовлении стабилизированного одночастотного лазера для спектроскопических.
целей.
Переданные заказчикам макеты лазера и селектора позволили им значительно повысить надежность аппаратуры и чувствительность измерений.
Созданные лазерные источники могут быть использованы в спектроскопии, голографій, лазерной фотохимии, интерферометрии, для разделения изотопов и а других областях, где требуется резонансное воздействие на вещество.
Защищаемые положения,
-
Фазово-поляризационннй селектор длин волн с использованием циркулярной фазовой анизотропии, индуцируемой в поглощающей среде продольным магнитным полем, и дополнительного' нерезонансного вращателя плоскости поляризации излучения позволяет сужать спектр излучения лазеров на красителях вплоть до одночастотного с привязкой его к центру линии поглощения, управлять шириной линии генерации, получать двухчастотный режим генерации симметрично центру линии поглощения с плавной регулировкой частотного интервала, переключать узкую линию генерациии по линиям поглощения вещества.
-
Фазово-поляризационный селектор длин волн с использованием линейной фазовой анизот^пии, индуцируемой в поглощающей среде поперечным магнитным полем, позволяет сужать спектр излучения лазеров на красителях вплоть до одночастотного с привязкой его на крыле линии поглощения, управлять шириной линии генерации, переключать узкую линию генерациии с одной стороны контура поглощения на другую, получать несколько линий генерации одновременно на различном расстоянии от центра контура поглощения.
3. Резонансный фазово-поляризвционный метод управления
спектром генерации позволяет получить воспроизводимость длины
волны одномодового излучения лазера на красителе, работающего в
режиме одиночных импульсов, в пределах 2-1СГ*нм без каких либо
дополнительных систем пассивной и активной стабилизации частоты.
4. При использований в ФПС линии поглощения со структурой
сверхтонкого расщепления сужение и привязка спектра излучения
лазера происходит к центру тяжести сложного асимметричного
контура поглощения.
5. По величине сдвига линии генерации при изменении
изотопного состава используемого в ФПС вещества можно определять
процентное соотношение изотопов а также величину изотопического сдвига спектральных линий.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладыввлись и оОсуадались на 6-ой Республиканской конференции молодых ученых (Минск, 1978), 13-ой Научно-технической конференции молодых ученых (Ленинград, 1980), 3-ей Всесоюзной конференции "Лазеры на основе сложных органических соединений и их применения" (Ужгород, 1980), 3-ей Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1981), Республиканской конференции молодых ученых, го физике (Могилев, 1982), 10-ой Юбилейной национальной конференции по атомной спектроскопии с международным участием (Велико . Тырново, 1982), Республиканской научно-технической конференции "Проблемы создания и применения в народном хозяйстве лазерной и опто-электронной техники" (Минск, 1982), 19-ом Всесоюзном съезде по спектроскопии'(Томск, 1983), 6-ом Межреспубликанском научном семинаре "Квантовая электроника и лазеріая спектроскопия" (Вильнюс, 1984), 2-ой Всесоюзной конференции "Метрологическое обеспечение измерений частотных, и спектральных характеристик излучения лазеров" (Харьков, 1990), 2-ом Всесоюзном совещании го нелинейным и когерентным эффектам во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (Ленинград, І99І), 25-ой Международной конференции E.G.A.S. (Каен, 1993), 26-ой Международной конференции E.G.A.S. (Барселона, 1994).
Личный вклад автора. Диссертация отражает личный вклад автора в проведенные исследования. Научные руководители А.П.Войтович и А.Я.Смирнов сформулировали и поставили задачу исследований, оказывали методическую помощь при ее выполнении, участвовали в обсуждении результатов исследований. А.Я.Смирнов, В.В.Степуро и А.П.Емельянов оказывали помощь в Проведении некоторых экспериментов. Другие соавторы занимались изучением вопросов, не вошедших в настоящую диссертацию.
Структура л обЕем работы. Диссертация состоит из введения, . пяти глав, заключения и списка цитированной литературы из 176 названий. Полный объем диссертации - 162 страницы. Иллюстрации занимают 61 страницу.
