Введение к работе
. Создание устройств формирования лазерного излучения, обеспечивающих дифракционную расходимость, представляет практический интерес с точки зрения применения лазеров в локации, связи, технологии и т.д. Получению дифракционной расходимости излучения препятствуют различные по своей природе фазовые неоднородности в оптических- трактах лазеров. Скомпенсирован» их и, следовательно, обеспечить расходимость излучения, близкую к дифракционной, можно с помощью методов обращения волнового фронта (ОВФ) излучения в нелинейных средах. Среди нелинейно-оптических процессов, применяемых для осуществления ОВФ лазерного излучения наибольшее распространение получили четырехволновое взаимодействие (ЧВ) и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллгоона (ВРМБ). Режим длительных лазерных импульсов ((ы = 10~6-10~2,с), например, режим свободной генерации твердотельных лазеров, накладывает определенные условия па механизм нелинейности и на устройство ОВФ-зеркала на его основе. К недостаткам ВРМБ-зсркала в этом режиме следует отнести необходимость селекции спектра излучения до величины =0.01 см*1, резкое снижение лффектнвности отражения при деполяризации падающего излучения, близость порога ВРМБ к порогу пробоя нелинейной среды» распад пу ков накачки вследствие попутного и обратного ВТР. Указанные
факторы ограничивают применение ВРМБ-зеркал для ОВФ излучения длительных лазерных импульсов. При этом предпочтительней использовать ЧВ-зеркала, обладающие следующими достоинствами: беснорого-ный характер отражения сигнальной полны, позволяющий эффективно обращать слабые сигналы, ноз-можность управления спектральными, прострапстпен-ными и поляризационными характеристиками отраженного излучения.
Для организации ЧВ-схемы, не заинснмо от цели исследований, как нраиило, используется излучение от одного лазерного источника. В процессе ЧВ часть излучения неминуемо попадает обратно и источник опорных волн. При этом между источником лазерного излучения и ОВФ-лазером должна образовываться сиязь. Однако и гжснеримеитах этот момент, никогда специально не исследовался. Его либо не учитывали нообіце, либо избавлялись с помощью оптических развязок или изменением поляризации на выходе из лазера. Такое нежелание учитывать обратное отражение связано с тем, что все основные закономерности ЧВ, полученные при теоретическом анализе, предполагали, что на нелинейную среду падают независимые, но когерентные волны, характеристики которых задаются внешним источником излучения.
Наиболее полно обратное влияние ЧВ-схемы на источник излучения должно проявляться, когда ОВФ происходит внутри лазерного резонатора. Полученные при внутрнрезонаторном ОВФ низкие коэффициенты
Ь
отражения н обращенную пол му объясняли малой нс-лпчиной нелинейной восприимчивости используемых сред. Хотя, возможно, обратное млиямис ЧВ-схсмы на источник излучения, также вносит сііоіі вклад и уменьшение коэффициента отражения ОВФ-іюліп.і.
Возможность существования связи между лазером-источником пучкои накачки и ОВФ-ЧВ-схемой исследовалась исключительно к применении к синхронизации работы отдельных пучко». Однако, и при :>том обратное влияние связи на характеристики генерации лазера-синхронизатора не исследовалось.
Таким образом, для получения близком к дифракционной расходимости излучения твердотельных лазером, работающих и режиме снободной генерации, необходимо использовать ОВФ-ЧВ-схему.
При этом представляет научный и практический ннтс|)сс случай отсутствия развязки между ЧВ-схсмой и лазером-источником излучения ее накачки, когда образуется система снизанных динамической голограммой (ДГ) резонатором.
D+9C
Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование услоний и характеристик генерации лазерной системы связанных через ДГ резонатором, осуіцесгнляїоіцей ОВФ излучения твердотельного лазера па фосфатном пеоднмомом стекле н режиме свободной генерации.
В соответствии с целью определены следующие задачи исследования:
1. Обоснование механизма нелинейного отклика
среды для ЧВ излучении длительных лазерных им
пульсов.
2. Теоретическое обоснование влияния сопут
ствующих нелинейных эффектов самовоздействия из
лучения и щирины спектра взаимодействующих,, волн
на эффективность ЧВ в режиме милисекундных ла
зерных импульсов.
-
Теоретическое и экспериментальное исследование возможности самостарта генерации лазерной системы связанных тепловой динамической голограммой резонаторов в режиме длительных импульсов.
-
Определение пороговых условий возбуждения генерации и стационарных энергетических характеристик генерации исследуемой лазерной системы.
5. Экспериментальное исследование временных,
пространственно-энергетических и спектральных ха
рактеристик генерации системы связанных через ДГ
резонаторов и разработка ОВФ-зеркала для широко
полосного несдимового лазера, работающего в режиме
свободной генерации.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
1. Теоретически и экспериментально доказано, что при наличии обратной связи между ОВФ-лазером и лазером-источником пучков накачки, осуществляемой ЧВ-схемой, образуется единая система связанных
динамической голограммой резонаторов с новыми характеристиками. Характеристики генерации зтоіі системы полностью определяются свойствами записываемой в нелинейной среде динамической голограммы.
-
Теоретически показано и .жслерименталыю подтверждено, что источником излучения, инициирующим генерацию попои системы является ВТР. Определены условия возникновения абсолютной неустойчивости рассеянных при ВТР волн и угловая зависимость их инкремента.
-
Определены пороговые условия возбуждения генерации и стационарные энергетические характеристики генерации системы связанных через ДГ резонаторов.
-
Реализован метод когерентного согласования волн, записывающих ДГ, позволяющий использовать ОВФ-зеркало в лазере с длиной резонатора, превышающей длину когерентности излучения.
-
Определена зависимость эффективности генерации образующейся системы от ширины спектра излучения.
Практическая ценность проведенных исследований:
1. Реализованный метод когерентного согласования волн, записывающих ДГ, позволяет использовать ОВФ-зеркала на основе ЧВ за счет теплового механизма нелинейности в жидкостях в лазерах с длиной резонатора, иреныигакмцей длину когерентности излучения. Такие ОВФ-зеркала обладают предельной про-
стотоіі и универсальностью, обеспечивают практически дифракционную расходимость излучения длительных лазерных импульсов, что делает перспективным их использование для улучшения направленности из-лучения твердотельных лазерных систем.
-
Благодаря включению ЧВ-схсмы it единую систему лазера накачки и ОВФ-лазера удается получить синхронизацию пространственно-временных характеристик излучения двух связанных лазеров, что может быть использовано при решении проблемы синхронизации нцбора лазеров.
-
Исследование влияния на ОВФ при ЧВ сопутствующих процессов самовоздействия, развивающихся и поле излучения длительных лазерных нм-иулы:ов, является актуальным не только для ближнє го, ііо и дальнего ИК и видимого диапазонов. , Полученные результаты могут быть использованы для определения условий реализации ОВФ при ЧВ.
-
Наличие обратной связи при ОВФ с помощью ЧВ в поглощающих средах позволяет реализовать би-стабпльный режим отражения. Сочетание оптической бистабилыюсти и эффективности фазового сопряжения открывает новые возможности при решении задач обработки оптической информации и создания элементной базы оптических компьютеров.
. Результаты теоретического и зкеперименталь-ного исследования могут быть использованы для оптимизации режимов работы связанных через тепловую ДГ резонаторов.
9.
Основные положения диссертации, ныпосимыс на .чащиту:
-
При обеспечении обратной снязн между ОВФ-лазером и лазером-источником пучкои накачки образуется единая система снизанных резонатором со мза-имио-согласокапными характеристиками излучения. При этом отпадает необходимость и специальном со-. гласонанпи длин ее резонатором. Теоретически показано и .жснсримситалыю подтверждено, что смязына-ющая резонаторы динамическая голограмма определяет характеристики генерации системы.
-
Источником излучения, инициирующим генерацию системы снязаипых через тепловую ДГ резонатором, является нынуждеппое температурное рассеяние. Теоретически показано и экспериментально нодтперждено возникновение абсолютной неустойчипости рассеянных при ВТР ноли, приводящей к самостарту генерации в системе и целом.
Л. Спектральные характеристики генерации си-стемы снязаипых динамической голограммой резонатором определяются лазером-источником пучком накачки ЧВ-схсмы. Уширспие спектра генерации вызы-мает снижение эффективности генерации системы вплоть до ее срыва. Экспериментально нодтперждено, что более зффектшшым янляется режим улкополоспой накачки ОВФ-зеркала.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на заседании кафедры оптических и кпанто-мых систем Москонского физико-технического листи-
тута , Всесоюзной конференции "Обращение волнового фронта лазерного излучения к нелинейных средах" (Минск, 1У90), научных' конференциях НПО "Астрофизика".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.
Объем работы. Диссертация изложена на 146 страницах машинописи и состоит из инедения, 3-х глав, заключения и указателя цитируемой литературы, состоящего из 104 источников. Работа иллюстрирована 2 таблицами и 31 рисунком.
