Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Работа относится к области внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (ВРЛС). В широкополосном варианте метода ВРЛС информацию об исследуемом объекте получают, анализируя форму и интенсивность контура линий поглощения (провалов в спектре генерации лазера на месте линий поглощения). Высокая чувствительность спектра излучения к внесенным частотно-зависимым потерям, быстрота проведения анализа определили широкое применение внутрирезонаторного метода при исследовании слабо поглощающих сред. В период формирования метода экспериментально было зарегистрировано увеличение выходной интенсивности лазерного излучения в спектральных областях, соответствующих линиям поглощения газообразной среды, помещенной внутри резонатора широкополосного лазера [1]. В некоторых случаях спектр излучения лазера схло-пывался до узких линий, спектральное положение которых с той или другой стороны относительно центра линии поглощения, имело непредсказуемый характер. Данное явление, привлекшее внимание многих исследователей, получило впоследствии название конденсации спектра излучения (КСИ). Для объяснения эффекта конденсации были предложены различные физические механизмы, но природа этого явления окончательно не выяснена [2]. Предлагаемые модели явления КСИ требуют подчас совершенно противоположных условий эксперимента, что диктует необходимость вновь вернуться к анализу этого явления.
Целью работы явилось выяснение физических причин, приводящих к конденсации спектра излучения; исследование спектральных особенностей явления; возможности устранения КСИ или его использования в спектроскопии, а также для управления спектром генерации широкополосного лазера.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые механизм конденсации рассмотрен с позиций анализа устойчивости конфигурации резонатора с частотно-зависимой внутрирезонаторной линзой.
-
Выявлены спектральные особенности конденсации, одна из которых состоит в том, что кроме увеличения интенсивности излучения, на противоположном крыле линии поглощения в спектре генерации лазера происходит уменьшение интенсивности, дополнительное к абсорбционному. Тем самым, расширено понятие явления КСИ.
-
Обнаружена зависимость спектрального проявления КСИ от расположения селективно поглощающей газоразрядной ячейки внутри резонатора. Показано, что юстировка резонатора (угловое вращение зеркал) обуславливает воспроизводимость спектрального положения конденсированной линии.
-
Впервые в широкополосном варианте ВРЛС применен метод скрещенных дисперсий дифракционного монохроматора и многолучевого интерферометра. Это позволило исследовать контур доплеровски уширенных линий поглощения в условиях широкополосной генерации и проводить количественные измерения параметров линий.
-
Проведенный анализ чувствительности ВРЛС при наносекундных длительностях генерации от лазерных параметров выявил ее зависимость от соотношения длин лазерной и поглощающей сред.
-
Исследовано влияние тепловых эффектов, наводимых в лазерной среде под действием накачки, на явление КСИ.
-
Сформулировано понятие нового типа селектора частоты широкополосного лазера, образованного двумя внутрирезонаторными линзами, одна из которых селективная, приводящая к явлению КСИ, а другая неселективная с изменяющимися параметрами.
-
Разработанная модель конденсации на основе частотно-зависимой поглощающей внутрирезонаторной линзы объясняет большинство спектральных эффектов КСИ, как в проведенных нами, так и в экспериментах других исследователей.
Практическая ценность. Зависимость спектра лазерного излучения от характеристик поглощающей среды вблизи резонансных линий предполагает возможность использования КСИ в спектральном анализе. В ряде случаев это может быть несколько предпочтительнее, чем измерение относительной глубины провалов внутрирезонаторным методом, поскольку величина накачки не оказывает заметного влияния на спектральное положение линии конденсации. Знание причин КСИ, правильное понимание механизма явления необходимо для оценки влияния конденсации, либо его устранения, при проведении количественного анализа. Так как при конденсации происходит привязка частоты генерации к квантовым переходам в поглощающей среде, то возможно использование явления КСИ для стабилизации частоты генерации лазера. Исследование закономерностей явлений, вызываемых в квантовом генераторе поперечными градиентами показателя преломления внутрирезонаторной среды, как селективного, так и неселективного характера, потенциально значима для волоконной технологии. 2
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах кафедры квантовой радиофизики, Научных конференциях ННГУ по радиофизике, конференции "Вопросы стабилизации частоты" Горький, 1985, семинаре по аналитической химии, Северодонецк, 1986, семинаре " Диагностическое применение лазеров и волоконной оптики", Волгоград, 1986.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 научных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения; содержит 131 стр. текста, 7 таблиц, 67 рисунков. Библиография состоит из 145 наименований.
