Введение к работе
Актуальность темы. Обращение волнового фронта СОВФ) лазерного излучения одно из наиболее широко используемых на практике явлений нелинейной оптики. В настоящее время известно большое количество разнообразных способов ОВФ, использующих различныэ виды вынужденного рассеяния, нелинейное взаимодействие световых волн (различию механизмы нелинейности среды и геометрии взаимодействия), отражение поверхкостьо и т.д. В видимом и ближнем ИК диапазонах длин волн наибольшее применение имеет ОВФ при ВРМБ. Однако в средней Ж области спектра, в которой расположены линии генерации мощных и эффективных газовых лазеров. ОВФ при вынужденном рассеянии весьма затруднительно.
В среднем ИК диапазоне применяется ОВФ методом динамической голографии, основанным на четырехволновом взаимодействии СЧВВ). В отличие от самообращения при BPMS в данном случае необходимо использование опорных волн, которыэ должны бть гораздо более интенсивными, чем сигнальная волна, и иметь комплексно-сопряженные волновые фронты Эти требования существенно затрудняет реализаций ОВФ при ЧВВ мощного лазерного излучения.
В связи с этим представляет интерес исследование возможности самообрааения при ЧВВ в схеме с усилением в петле обратной связи СПОС). Теоретические и экспериментальны? исследования показали, что сохраняя достоинства, присущие традиционной схеме взаимодействия, данный способ может в принципе иметь ряд важных преимуществ; нет необходимости использовать фазово-сопряженные мощные волны накачки: качество обращения менее чуствительно к самовоздействио волн и неоднородностям нелинейной среды; происходит значительное усиление обращаемого сигнала. Однако в настоящее время нет достаточно полного понимания процессов, протекао-щих в рассматриваемой схеме взаимодействия, что затрудняет прак-тичскуо реализации ОВФ-ЧВВ с усилением в ПОС с высокой эффектив-HocTbD и качеством обращения.
В свете сказанного вызе представляется актуальным всестороннее и детальное теоретическое исследование влияния на эффективность и качество ОВФ всего комплекса физических параметров
схемы взаимодействия с усилением в НОС, для различных типов нелинейных сред и характеристик лазерного излучения.
Целью настоящей работы является установление основных закономерностей динамики светоиндуцировзнного возмущения диэлектрической проницаемости и развития генерации в схеме с усилением в ПОС в среднем ПК диапазоне для двух типов нелинейности.- среда с тепловьм механизмом нелинейности и резонансный-поглощающий газ; определение зависимости энергетической эффективности генерации и характеристик выходного излучения (временная структура и количество импульсов, их длительность и т.д.) от совокупности физичес ких параметров различных модификаций схемы взаимодействия; выявление возможности оптимизации рассматриваемой схемы с точки зрения получения эффективной генерации излучения с требуемыми параметрами.
Научная постна работы заключается в следующем:
1.В рамках нестационарной модели, учитывающей пространственно-периодическую по поперечной координате неоднородность возмущения коэффициента поглощение, теоретически исследовано взаимодействие двух световых импульсов в резонансно-поглощдпщем газе при наличии обратной связи. Выявлены возможности оптимизации процесса формирования светоиндуцированкой решетки коэффициента поглощения с точки зрения достижения наибольшей амплитуды и максимально медленного последуюшего насыщения.
2.Проведены численные эксперименты по исследованию ЧБВ в резонансно-поглощапдем газе с усилением в ПОС. Определены условия эффективной генерации, выявлены механизм самоограничения длительности импульса выходного излучения схемы, возможность появления дополнительных импульсов, исследовано влияние развития излучения в попутном с задавшим генератором направлении.
3. Аналитически и численно исследовано нестационарное взаимодействие двух световых импульсов в среде с тепловьм механизмом нелинейности, в том числе и при наличии обратной связи. Выяснено влияние на энергооСмен волн и динамику светоинлуиировзнной решетки возмущения плотности акустических колебаний, возникавших
вследствие пространственно-неоднородного тепловыделения, и фазового рассогласования на входе в среду, обусловленного наличием обратной связи.
4.Проведено численное моделирование развития генерации на тепловой нелинейности з схеме с усилением в ПОС. Определены закономерности изменения эффективности генерации и временной структуры выходного излучения при варьировании основных физических параметров рассматриваемой схемы взаимодействия.
Практическая значимость работы. Закономерности процесса развития генерации и динамики светоиндуцированного возмущения диэлектрической проницаемости при взаинодействии световых волн в поглощающих средах с усилением в ПОС. обнаруженные в результате аналитического и численного исследования на основе предложенных нестационарных моделей, могут быть использованы при разработке систем ОВФ и распознования изображений, а также лазеров с распределенной обратной связьс Разработанные алгоритмы и созданные на их основе программы для решения системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающие нестационарное взаимодействие волн с усилением в ГОС. могут быть использованы для расчета оптимальных параметров конкретных экспериментальных схем. а в модифицированном виде для исследования возможности реализации 013Ф--ЧВВ с усилением в ПОС в средах с другими типами нелинейности.
На защиту выносятся следующие яолоимшя:
1.Динамика светоиндуцированного возмущения коэффициента поглощения при взаимодействии двух оптических волн в резонансно-пог-лошавдем газе при наличии обратной связи.
2.Закономерности развития генерации в резонансно-поглощающем газе в схеме с усилением в ПОС. в частности, механизм самоограничения длительности импульса выходного излучения, появление дополнительных импульсов, условия эффективной генерации, в т. ч. и с учетом попутного излучения.
3.Анализ влияния светоиндуцированных акустических колебаний среды и фазового рассогласования на входе в нее на энергообмен оптических волн и динамику пространственной решетки возмущения
плотности, проведенный на основе аналитического и численного решения полученных уравнений, описывавших нестационарное взаимодействие двух световых импульсов в среде с тепловой нелинейностью при наличии обратной связи.
4.Установление закономерностей изменения временной структуры и энергетических характеристик излучения, развивавшегося на тепловой нелинейности при ЧВВ с усилением в ПОС. при варьировании основных физических параметров рассматриваемой схемы взаимодействия. .
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 11 Всесоюзной конференции "Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах" СМинск, 1989), XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (С.-Петербург. 1991). на семинаре лаборатории нелинейной оптики в ФИАНе АН СССР.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в семи опубликованных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структра н объем днссертацнн. диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, содоріит 188 станиц текста. 37 рисунков. Список литературы содержит 112 названий.
