Введение к работе
Актуаиапость текы. Уникальные свойства лазерного излучения — монохроматичность, когерентность, малая расходимость, — обуславливающие широкий круг применения лазерной техники, определяются в .конечном итоге параметрам резонатора. Как было отмечено уже в первых экспериментах с яазеряьши источниками, опгачесгсие резонаторы очень чувствительны к воздействию разнообразных возмущений, как бнззшях, так и шіутреіших, присущих конкретному способу генерации излучения. При зтои сравнение экспериментальных результатов с вьгоо-дами теории пустыхрезокаторов выявило различные расхождения [1]. В ряде работ быдо показано, что пространстзенкая структура лазерного излучения зависит от свойств активной среды [I—2]. В частности, для мощных газовых лазеров неоднородность усиливающей среды может оказаться фактором, определяющим расходимость пучка и структуру поперечных код. Изучение влияния неоднородкостей среды особенно важно, так как возмущеі»ия этого типа практически не устрашшы.пос-кольку сам процесс возбуждения среды всегда сопровождается рассеянием в ней значительного количества знергищт.е. нагревом среды.
Кроме того, поперечная неоднородность активной среды может быть обусловлена пространственной неоднородностью накачки (например газового разряда) или неоднородностью усиления, вызванной эффектом насыщения.
Теория реальных резонаторов с неоднородной средой кеобходіша не только для создания лазеров с оптимальными характеристиками излучения, но и для разработки методов управления этими характеристиками. Изменение настройки (разъюстировка) резонатора, введение в него дополнительных элементов, управление параметрами, характеризующими неоднородность среды, являются наиболее удобными и эффективными, а часто единственно возможными способами варьирования характеристиками излучения. Таким образом, внутрирезонаторное*управяешіе параметрами лазерного излучения относится к перспективным и актуальным направлениями развития лазерной техники.
Цель р&батаі. Исследование прсстранстзенных характеристик излучения в резонаторе с поперечно-неоднородной средой.а также влияния разыостЕровхнрезонатора на структуру поперечных мод поля. В задачу входило также изучение возможностей метода внутрирезокаторной пр о-сграистзенной фхшьтрации лазерного излучения для управленій его спектральным составом.
Научная новизна работы заключается в следующем: — теоретичег л и экспериментально исследована структура поперечных мод поля в резонаторе с параболическим профилем поперечной неоднородности среды; — теоретически и экспериментально изучено влияние разъюстировки резонатора на пространственные характеристки излучения;
. * определены особенности деформации поперечных мод в разъюсти-рованном резонаторе с неоднородной средой;
* предложен метод управления спектром излучения на основе внут-
рирезонаторной пространственной фильтрации спектральных ли
ний;
разработан оптшсо-акустический спектрометр на основе стабили
зированного С02-лазера с внутрирезонаторным управлением час
тотой излучения.
Практическая ценность работы определяется актуальностью проблемы формирования оптимальных пространственных характеристик поля в реальном резонаторе с неоднородной средой. Изучение влияния поперечной неоднородности среды создает возможность одновременного обеспечения большего к.пд. и высокой пространственной когерентности излучения. Полученные в работе результаты демонстрируют широкие возможности варьирования пространственных характеристик (амплитудного и фазового распределений) лазерного пучка путем изменения тока разряда.
Исследованные зависимости структуры поперечных мод и потерь излучения отпараметровразъюстировкирезонаторапозволяют рассчитать влияние внешних возмущающих факторов на характеристика реальных лазерных источников. В работе показано,что разъюстировка резонатора может эффективно использоваться для управления пространственной структурой излучения.
На основе метода внутрирезонаторной пространственной фильтрации излучения преложен и реализован способ произвольного формирования спектра излучения лазеров, работающих на ряде линий переходов их активной среды.
На основе способа произвольного формирования спектра излучения, рассмотренного в работе, разработан спектрометр с оптико-акустической регистрацией сигнала в режимах частотной и (или) амплитудной модуляции.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [1—11] и докладывались на:
VII и VIII Всесоюзных конференциях по когерентной и нелинейной
оптике (г.Ташкент, І974; г.Тбилиси, 1978);
I Всесоюзной конференции по проблемам управления параметрами
лазерного излучения (г.Ташкент, 1978);
VI и VII Всесоюзных симпозиумах по распространению лазерного
излучения в атмосфере (г.Томск, 1981,1983);
Всесоюзных конференциях "Использование современных методов в
неразрушаюпдах исследованиях и контроле" (пХабаровск, 1981,1984).
Структура 0 объс51 работы. Диссертация состоит из введения.трех глаЕ,заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 118 страниц, включая 31 рисунок, и библиографию из 112 наименований.
-
Варьирование параметрами поперечной неоднородности активной среды путем изменения тока разряда газового лазера позволяет эффективно управлять ампшггудньш и фазовым распределениями излучения. Теоретический анализ структуры поперечных мод поля в оптическом резонаторе с параболическим профилем поперечной неоднородности среды удовлетворительно согласуется с экспериментальными результатами.
-
Получено аналитическоерешение задачи о пространственной структуре поля в разъюстирозанном резонаторе. Экспериментальное подтверждение теоретических зависимосей позволяет использовать их для оценки деформации поперечных мод и величины потерь для неконфокального резонатора произвольной устойчивой конфигурации,а также для управления характеристиками лазерного излучения.
-
На основе метода внутрирезонаторной пространственной фильтрации линяй генерации предложен способ формирования произвольного спектра излучения в пределах контура усиления. Преимущества способа состоят в более высокой эффективности управления спектром генерации.
