Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Сопряжённый резонатор с управляемым модовым селектором (рис. 1) используется для создания сканирующих лазеров с адресацией излучения в любую точку поля зрения [1. ]. В сканирующих лазерах для обеспечения максимального числа элементов сканирования и точности адресации необходимо излучение дифракционного качества. В реальных условиях возможности формирования излучения дифракционного качества ограничены как несовершенствами самого резонатора, так и несовершенствами пространственного модулятора света. Актуальной проблемой при создании сканирующих систем является исследование возможностей формирования излучения дифракционного качества при наличии ограничений, накладываемых разъюстировками сопряжённого резонатора, неполным контрастом управляющего транспаранта, ограниченной лучевой стойкостью пространственных модуляторов света.
Кольцевой сопряжённый резонатор оказался пригодным'для реализации итерационного алгоритма Гершберга - Сэкстона [2], позволяющего по амплитудным характеристикам световой волны восстановить её фазовые характеристики. Для формирования излучения с заданным амплитудно-фазовым распределением было предложено установить два амплитудных транспаранта в фурье-плоскостях кольцевого сопряжённого резонатора и ввести перед транспарантами нелинейные поглотители [3]. В этом случае кроме заданной волны,'описываемой функцией ехр(1Ф(х)), возможно с равной вероятностью и получение волны вида егр(-1Ф(х)), что делает предложенный в [3] способ непригодным для формирования волнового фронта, обращенного к исходному. В ряде лазерных задач требуется формирование световых полей с волновым фронтом, обращенным к заданному, и исследование возможностей использования для этой цели сопряжённого резонатора представляет определённый интерес.
Необходимость создания источников с высокой яркостью излучения диктует переход от одного лазера к системе лазеров, сфазиро-ванных каким-либо методом. Сопряжённый резонатор является устройством', удобным для организации оптической связи между лазерами с помощью дифракционной решётки. Установив в одной фурье-плоскости кольцевого сопряжённого резонатора периодический набор лазеров, а в другой фурье-плоскости - согласованную с этим набором дифракционную решётку, получим систему, в которой излучение каждого лазе-
pa, рассеяное решёткой, адресуется го дискретному набору углов точно в соседние лазеры (рис. 9). Регулируя параметры решётки, можно регулировать количество связанных между собой лазеров, определяющее яркость излучения фазируемой системы. Актуальной задачей при фазировании набора является исследование влияния неидентичности отдельных лазеров на число сфазированных лазеров, определяющее качество излучения.До настоящего времени для оптической связи использовались лишь амплитудные согласованные решётки. Однако системы лазеров, сфазированных с помощью амплитудных решёток, имеют неустранимый недостаток - высокую чувствительность к неидентичности лазеров, входящих в набор. Представляет интерес исследовать новые возможности фазирования наборов лазеров в сопряжённом резонаторе, возникающие при переходе от систем с амплитудными решётками к системам с фазовыми согласованными решётками.
. Цель работы состояла в исследовании возможностей формирования
высоконаправленного излучения заданного направления в реальном сопряжённом резонаторе;
излучения с волновым фронтом, обращенным к заданному, в кольцевом сопряжённом резонаторе;
высоконаправленного излучения при фазировании набора лазеров в сопряжённом резонаторе.
Новые результаты и положения, выдвигаемые на защиту:
-
Моды сопряжённого резонатора устойчивы к разъюстировкам в установленных пределах. Получена зависимость степени их деформации от величины разъюстировок.
-
Неполный контраст управляющего транспаранта не влияет на 'структуру мод сопряжённого резонатора, но ухудшает его селективные качества, т. е. повышает чувствительность мод к неоднородностям среды и разъюстировкам резонатора.
-
Кольцевой сопряжённый резонатор, в котором формируются световые пучки с цилиндрическим волновым фронтом и сканирование осуществляется раздельно по двум независимым координатам щелевыми транспарантами, расположенными в разных фокальных плоскостях линз резонатора и ориентированных перпендикулярно друг к другу, позволяет уменьшить лучевую нагрузку на транспаранты в число раз, равное отношению длины рабочего поля транспаранта к его ширине.
-
При условии сохранения дифракционного качества излучения возможно уменьшение лучевой нагрузки на транспаранты путём замены транспаранта в фокальной плоскости линз сопряжённого резонатора
на два внефокальных, расположенных в установленных пределах от фокуса, с определённым увеличением площади рабочего поля, обеспечивающим сохранение селективных свойств резонатора.
-
В кольцевом сопряжённом резонаторе возможно формирование моды с волновым фронтом, обращенным к заданному, при установке серии транспарантов в окрестности фурье-плоскости и записи на них позитивного изображения исходного светового пучка. Плотность компановки транспарантов может быть уменьшена, а расстояние между ними увеличено до установленной величины без ухудшения качества воспроизведения при обращении пучков с плавными аберрациями.
-
Число сфазированшх неидентичных лазеров при фазировании их набора с использованием амплитудной согласованной решбтки пропорционально параметру оптической связи и обратно пропорционально корню квадратному из среднеквадратичного отклонения фазы излучения отдельных лазеров.
-
Использование для оптической связи фазовой согласованной решбтки при фазировании набора лазеров в сопряжённом резонаторе позволяет создать неустойчивый суперрезонатор и уменьшить влияние неидентичности лазеров на качество излучения фазируемого набора.
Практическая ценность работы. Полученные в результате расчётов характеристики неидеального сопряжённого резонатора, а также предложенные способы уменьшения нагрузки на управляющие транспаранты могут быть использованы для оценки требований к элементам резонатора и модуляторам света при разработке лазерных систем с высокой стабильностью адресации излучения-.
Оценка влияния неидентичности отдельных лазеров на фазирование их набора может быть использована для установления требований к качеству изготовления лазеров набора при создании многомодульных лазерных систем. Для уменьшения влияния неидентичности отдельных лазеров на качество излучения фазируемого набора могут быть использованы предложенные неустойчивые системы на основе фазирования наборов лазеров в сопряжённом резонаторе с использованием фазовых согласованных решёток.
Результаты работы использованы в авторских свидетельствах [4], С.Ш, [141 (в списке работ автора).
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуж дались на I Всесоюзной конференции по оптической обработке информации /Ленинград, 1988 г./, на III /Ленинград, 1982 г./, IV /Ленинград, 1984 г./, V /Ленинград, 1987 г./, VI /Ленинград, 1990
г./, VII /С.Петербург, 1993 г./ конференциях "Оптика лазеров" и на семинарах в подразделениях ГОИ.
Структура и объём работы, диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка цитированной литературы. Общий объём диссертации 106 страниц, из них 83 страницы текста и 23 страницы с рисунками. Библиография включает 79 названий на 9 страницах.
