Содержание к диссертации
Введение
1. РАЗРАБОТКА ИСТОЧНИКА НАКАЧКИ 18
1.1. Введение 18
1.2. Задающий генератор, перестройка и стабилизация его частоты с помощью анизотропных пластинок 23
1.3. Система удвоения частоты 38
1.3.1. Способ ориентирования элемента удвоения по направлению скалярного синхронизма 38
1.3.2. Особенности разрушения нелинейных водорастворимых кристаллов лазерными
импульсами 44
1.4. О временных и спектральных характеристиках люминесценции селено-кадмиевых стекол в поле лазерного излучения 53
1.5. Выводы 57
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯЦИИ ОТРАЖЕННОГО И ПРОХОДЯЩЕГО СВЕТА ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ РАССЕЯНИИ МАНДЕЛЬШТАМА-БРИЛЛЮЭНА В ПРОТЯЖЕННЫХ СРЕДАХ 60
2.1. Введение 60
2.2. Переходные нестационарные процессы при обратном ВР узкополосных импульсов в протяженных средах 66
2.3. Формирование предвестника при ВРМБ в протяженных средах 71
2.4. Модуляция интенсивности проходящего и отраженного ВРМБ-зеркалом СЕета 81
2.5. Выводы 90
3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ 0ДН0РЕ30НАТ0РНЫХ ПРИЗМЕННЫХ ПГС С НЕКОЛЛИНЕАРНЫМИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ 92
3.1. Введение 92
3.2. Основные типы ПГС с призменными отражателями 97
3.3. Экспериментальное исследование призменного ОПГС I типа 112
3.4. Экспериментальное исследование призменного ОПГС П типа 121
3.5. Выводы 129
4. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СМЕСИТЕЛИ СВЕТОВЫХ ВОЛН С ОВФ-ЗЕРКАЛАМИ 131
4.1. Введение 131
4.2. Компенсация неоднородностей нелинейных оптических элементов в схемах удвоенной частоты лазерного излучения 137
4.3. Компенсация искажений волнового фронта в пучке излучения первой гармоники при удвоении его частоты 145
4.4. Обращение волнового фронта лазерного излучения с промежуточным переводом его частоты в другой диапазон длин волн 153
4.5. Выводы 160
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 162
ЛИТЕРАТУРА 164
- Задающий генератор, перестройка и стабилизация его частоты с помощью анизотропных пластинок
- Переходные нестационарные процессы при обратном ВР узкополосных импульсов в протяженных средах
- Основные типы ПГС с призменными отражателями
- Компенсация неоднородностей нелинейных оптических элементов в схемах удвоенной частоты лазерного излучения
Введение к работе
Развитие лазеров, их широкое применение в различных областях науки и техники поставило задачу о разработке методов управления основными параметрами лазерного излучения. Особенно актуальной эта проблема является в настоящее время в связи с развертыванием работ по нелинейной спектроскопии, селективному воздействию на вещество, фотолитографии, цветной голографии, диагностике плазмы, оптической локации, использованию лазеров для управляемого термоядерного синтеза и т.д.
Задача создания таких методов может быть решена на основе использования явлений нелинейной оптики. К таким явлениям, в первую очередь, относятся различные еиды вынужденного рассеяния и параметрические процессы. В настоящей диссертации рассматриваются методы, основанные на обратном вынужденном рассеянии Мандельшта-ма-Бриллюэна (ВРМБ)[1] и трехволновом параметрическом взаимодействии световых волн в нелинейных кристаллах [2"53 . Эти явления широко применяются для создания эффективных преобразователей пространственной структуры, временных и спектральных характеристик лазерных импульсов, например ОВФ-зеркал, усилителей и компрессоров на ВРМБ, умножителей частоты и параметрических смесителей, параметрических преобразователей изображения из ИК диапазона в видимую область, параметрических усилителей и генераторов света.
В диссертации рассматриваются три типа таких устройств: ВРМБ-зеркала, параметрические генераторы света и параметрические смесители с ВРМБ-зеркалами.
При рассмотрении первого преобразователя основное внимание уделяется исследованию некоторых физических аспектов ВРМБ, в частности, формированию импульсов и модуляции интенсивности отра- - 5 -женного света при ВРМБ коллимированных или слабофокусированных лазерных пучков в протяженных средах. Это явление до настоящего времени оставалось наименее изученным, однако приобретает важное практическое значение в связи с начавшимися недавно исследованиями по ОВФ длинных импульсов в светопроводах [ 61 и разработкой комбинированных схем преобразования пространственной структуры светового пучка на основе параметрических смесителей и ВРМБ-зер-калС73 . Эти обстоятельства обусловливают актуальность проводимых исследований как с точки зрения понимания физики явлений,происходящих при обратном рассеянии узкополосных импульсов в протяженных средах, так и при создании конкретных устройств ОВФ.
При рассмотрении второго типа устройств - параметрических генераторов света, основное внимание уделяется разработке и исследованию перспективных схем таких генераторов - однорезонатор-ных призменных ПГС с неколлинеарным взаимодействием и двукратным прохождением накачки через нелинейный кристалл.
Существующие до наших исследований двухрезонаторные ПГС со скалярным взаимодействием обладали небольшой выходной мощностью, невысокой угловой направленностью и низкой стабильностью частоты генерируемого излучения. Это ограничивало применение таких генераторов как источника мощного высоконаправленного перестраиваемого излучения в различных прикладных исследованиях.
В то же время, однорезонаторные ПГС с неколлинеарным взаимодействием имеют ряд преимуществ по сравнению с двухрезонаторными. В частности, они позволяют получать перестраиваемое высоконаправленное излучение с узким частотным спектром и высоким коэффициентом преобразования. Однако до наших работ квазистационарное состояние в однорезонаторных ПГС не достигалось, и коэффициент преобразования не превышал 6% [ 8] . Это обусловливает актуальность разработки таких источников и исследования процессов формирования основных параметров выходного излучения (коэффициента преобразования, углового и частотного спектров, диапазона перестройки).
Наконец, исследование устройств третьего типа - параметрических смесителей с ОБФ-зеркалами, проводимое е диссертации, посвящено разработке новых методов преобразования пространственной структуры лазерных пучков, основанных на совместном использовании параметрических смесителей и ВРМБ-зеркал.
Несмотря на большое число работ, посвященных ОВФ-зеркалам и параметрическим смесителям, методы преобразования параметров лазерного излучения, основанные на комбинированном применении трех-волнового параметрического взаимодействия световых волн и обратного ВРМБ, практически не рассматривались. Считалось, что для получения Еысоконаправленного излучения на выходе параметрических смесителей, в первую очередь элементов удвоения, основное излучение должно иметь близкий к плоскому волновой фронт, а нелинейный кристалл должен быть оптически однородным, что на практике далеко не всегда удается выполнить. Вместе с тем при совместном использовании параметрических смесителей и ВРМБ-зеркал появляются новые возможности для управления пространственной структурой лазерного излучения.
Используя метод ОВФ при генерации 2-ой гармоники, можно компенсировать искажения волнового фронта, вносимые неоднородностями параметрического смесителя, и получать волну второй гармоники с дифракционной расходимостью. Сочетание методов ОВФ и параметрического смешения позволяет компенсировать искажения волнового фронта в исходном пучке первой гармоники и сформировать излучение на удвоенной частоте с плоским волновым фронтом в отсутствие опорной волны. Наконец, сочетание трехволнового параметрического взаимодействия с методами ОВФ с использованием ОПГС с неколли-неарным взаимодействием позволяет расширить диапазон длин волн, - 7 -в котором удается осуществить обращение, что особенно важно в ИК и ультрафиолетовом диапазонах.
Отмеченные обстоятельства указывают на актуальность разработки и исследования параметрических смесителей с ВРМБ-зеркалами, проводимых в настоящей диссертации.
Для описанных выше исследований необходим достаточно мощный источник накачки с узкой, стабилизированной линией и удвоением частоты. При его разработке встал ряд проблем, имеющих также самостоятельный интерес. К ним, в частности, относится проблема управления спектром излучения неодимовых ОКГ и создание высокостабильного задающего генератора для различных физических исследований. Вторая проблема связана с широким применением нелинейных оптических кристаллов в лазерной технике. Перспективность применения того или иного кристалла определяется не только его нелинейными свойствами и полосой прозрачности, но и его оптической стойкостью к действию мощного лазерного излучения. Поэтому установление корреляции между световой прочностью кристалла и различными дефектами, возникающими в нем в процессе роста, представляет актуальную задачу.
Указанные проблемы также решаются в данной диссертации.
Целью настоящей работы является исследование возможностей формирования импульсов при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллгоэна и преобразования спектральных и пространственных характеристик лазерного излучения при трехволновом параметрическом взаимодействии световых волн, а именно:
Исследование нестационарных переходных процессов при обратном вынужденном рассеянии Манделыптама-Бриллюэна узкополосных импульсов в протяженных средах.
Разработка и экспериментальное исследование однорезонатор-ных призменных генераторов света с неколлинеарным взаимодействием.
3. Разработка и исследование комбинированных схем преобразователей пространственной структуры лазерных пучков на основе параметрических смесителей световых волн и ВРМБ-зеркал.
Новизна работы заключается е следующем.
Экспериментально и теоретически исследован процесс формирования предвестника и возникновения временной модуляции в рассеянном и прошедшем излучении при развитии из спонтанных шумов обратного ВРМБ коллимированных (или слабофокусироЕанных) лазерных пучков в протяженных средах.
Разработаны и экспериментально исследованы однорезона-торные призменные параметрические генераторы света с неколли-неарным взаимодействием и двукратным прохождением накачки через нелинейный кристалл.
Разработаны и исследованы основанные на обращении волнового фронта методы коррекции пространственной структуры лазерных пучков при параметрическом смешении световых волн: метод сфази-рованного по сечению сложения частот в оптически неоднородных кристаллах, метод формирования излучения удвоенной частоты с плоским волновым фронтом, метод ОВФ лазерного излучения для широкого диапазона длин волн.
Разработан стабильный источник накачки с удвоением частоты. Селекция и кратковременная стабилизация частоты осуществлялась интерференционно-поляризационным фильтром на основе поляризатора и кристаллических фазоЕых пластинок.
Экспериментально исследована зависимость стойкости водорастворимых нелинейных кристаллов от характера дефектов, возникающих в них в процессе роста. Выявлено заметное различие е порогах разрушения этих кристаллов для двух длин волн (X = = 1,06 мкм и X = 0,53 мкм).
Диссертация состоит из введения,четырех глав и заключения. - 9 -Каждой главе предшествует свое введение, в котором, для удобства чтения диссертации, дан обзор литературы по исследуемой в данной главе проблеме и формулируется постановка задачи. В конце каждой главы формулируются основные выводы.
В первой глаЕе приведены результаты различных групп исследований, объединенных одной общей целью - созданием источника накачки для экспериментов по комбинационному и параметрическому преобразованию характеристик лазерного излучения [9-151
Параграф I.I является введением к главе. В нем анализируется состояние проблемы, формулируется круг решаемых в процессе исследований вопросов. В п.1.2 приведены результаты первой группы исследований - это создание лазерной установки с необходимыми параметрами на % = 1,06 мкм. Основным вопросом, решаемым в этом параграфе при создании такой установки, яеляєтся стабилизация частоты задающего генератора. В приводимых экспериментальных исследованиях для стабилизации частоты были использованы поляри-зационно-интерференционные фильтры на основе поляризаторов и кристаллических фазовых пластинок. Подробно обсуждены преимущества этого способа перед другими методами. Показано, что для эффективной работы фильтра неодимоЕый стержень должен иметь торцы, скошенные под углом Брюстера к продольной оси или разъюсти-рован относительно зеркал резонатора на угол не менее 30 . На основании проведенных исследований разработан стабильный одно-частотный, одномодовый задающий генератор. Дальнейшее формирование временных и пространственных характеристик лазерного излучения осуществлялось в процессе его каскадного усиления. Дано описание лазерной установки и приведены параметры выходного излучения: диаметр пучка d = 10 мм, расходимость 0 = 7*10 рад, длительность tM = 5*40 не, энергия W до 5 Дж, кратко- временная стабильность частоты не хуже 0,01 см .
В п.I.3 приведены результаты второй группы исследований, относящихся к проблеме удвоения частоты излучения, полученного в п.1.2. Сначала рассматривается практически важный вопрос о способе настройки однородных элементов удвоения по направлению скалярного синхронизма. Разработан эффективный способ настройки однородных удвоителей частоты в синхронизм, заключающийся в совмещении структур излучений на частоте Еторой гармоники в дальней зоне, получаемых в результате двух процессов: одновременного преобразования падающего луча во вторую гармонику в нелинейном кристалле и векторного сложения рассеянной части основного луча с ним самим. Б отличие от других работ для получения рассеянной волны перед удвоителем предложено устанавливать специально изготовленный фазовый корректор. Показано, что способ позволяет определить не только величину, но и направление отклонения от оптимального положения. Для точной настройки в синхронизм достаточно 3-5 импульсов лазера. Разработанный способ широко применяется в гл.4 при исследовании параметрических смесителей световых волн с ОВФ-зеркалами.
Другой вопрос, относящийся ко второй группе исследований, связан с проблемой стойкости нелинейных водорастворимых кристаллов к действию лазерных импульсов. Дан анализ распространенных дефектов в таких кристаллах, связанных с нарушением условий роста и наличием примесей в растворе. Показано, что дефекты играют определяющую роль в разрушении таких кристаллов лазерным излучением. Исследована зависимость порога пробоя от вида дефекта. Выяснено, что присутствие резко выраженных слоев роста,межсектори-альных и блочных границ или наличие внутренних напряжений понижает стойкость кристаллов в 2-2,5 раза, включения раствора понижают стойкость кристалла более чем на порядок. Исследована зависимость энергии пробоя от размера микровключения.Рассмотрены по- - II - роги разрушения однородных кристаллов КДР, ДКДР, ADP ,o(-HJ0z» d^-HJO* для двух длин волн ( Л = 1,06 мкм и Я =0,53 мкм). Выявлено заметное различие в порогах разрушения на этих длинах волн. Для дигидрофосфатов стойкость на Я = 0,53 мкм примерно в 2 раза ниже, чем на Я = 1,06 мкм, а для иодатов - в 5-6 раз. Приведены абсолютные значения пороговой плотности мощности пробоя для указанных однородных кристаллов на Я = 1,06 мкм и Я = =0,53 мкм.
Б п.1.4 приведены результаты третей группы исследований,связанных с нежелательными нелинейными эффектами, возникающими в се-лено-кадмиевых светофильтрах под действием мощного лазерного излучения, приводящими к искажению как энергетических, так и временных характеристик полезного сигнала. Показано, что при прохождении через них лазерного излучения с X = 0,53 мкм малой интенсивности, возникает люминесценция, имеющая характерное время X ~ 10 с. С увеличением интенсивности излучения появляется импульс "быстрой" люминесценции с X ~ 10 с сначала в области края полосы фундаментального поглощения, а затем и в более длинноволновой области. Приводятся результаты по измерению величины запаздывания максимума импульса люминесценции относительно максимума интенсивности возбуждающего света. В п.1.5 помещены выводы к главе.
Во второй главе теоретически и экспериментально исследуются основные закономерности формирования предвестника и модуляция интенсивности отраженного и проходящего света при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна в протяженных средах [16-і 8] .
Параграф 2.1 является введением к главе. В нем обсуждаются различные методы формирования импульсов при ВРМБ, анализируются отличительные особенности рассматриваемого в данной главе режима рассеяния, определяется место проводимых исследований среди дру- - 12 -гих работ, отмечается практическая значимость полученных результатов.
Параграф 2.2 посвящен теоретическому исследованию переходных нестационарных процессов при обратном ВРМБ узкополосных импульсов в протяженных средах. При рассмотрении использовалась модель плоских волн, позволившая определить осциллограмму предвестника, оценить длительность переходного процесса при интенсивном обратном ВР и количество импульсов в рассеянном и прошедшем излучении.
Параграф 2.3 посвящен экспериментальному исследованию процесса формирования предвестника при обратном ВРМБ в протяженной среде. Здесь дано описание экспериментальной установки, излагается методика проведения эксперимента. Показано, что процесс рассеяния начинается вблизи выходной границы нелинейной среды, при больших превышениях порога (в 2 раза и выше) рассеяние начинается с переднего фронта импульса накачки. Приводятся результаты исследования зависимостей формы предвестника, плотности энергии в нем и его длительности от превышения энергии накачки над пороговым значением. Показано, что начиная с двукратного превышения порога плотность энергии предвестника насыщается и равняется, примерно, пороговой энергии накачки. При этом длительность предвестника с увеличением энергии накачки падает. Обсуждается влияние распределенного поглощения (или линейного рассеяния) на процесс формирования предвестника. Отмечен эффект подавления обратного ВРМБ при уширении частотного спектра накачки и возникновения при этом попутного ВКР.
В п.2.4 приводятся результаты экспериментального исследования эффекта модуляции интенсивности отраженного и проходящего света при обратном ВРМБ в протяженной среде. Качественно анализируется процесс образования последовательности импульсов, обсуждается физическая сторона исследуемых явлений. Измерен период мо- - ІЗ -дуляции tM - 2L/C , исследована его зависимость от длины кюветы с нелинейной жидкостью. Обнаружено, что глубина модуляции уменьшается от начала к концу импульса. Приведены результаты исследования зависимости времени начала рассеяния от интенсивности накачки. Эти результаты хорошо согласуются с соответствующей теоретической зависимостью при аппроксимации реального импульса кривой параболического профиля. Другие экспериментальные результаты также хорошо согласуются с результатами теоретических оценок п.2.2. В п.2.5 содержатся выводы к главе.
Третья глава диссертации посвящена разработке и экспериментальному исследованию некоторых схем параметрических генераторов света бегущей волны с обратной связью только по одной из волн, неколлинеарным взаимодействием, двукратным прохождением накачки через нелинейный кристалл и призменными отражателями [19"23].
Параграф 3.1 является введением к главе. В этом параграфе обсуждается широкое применение ПГС в различных областях науки и техники, формулируются требования, предъявляемые при этом к параметрам выходного излучения, анализируются недостатки двухрезона-торных ПГС со скалярным взаимодействием, ограничивающие возможность их практического использования, и достоинства однорезона-торных призменных ПГС с неколлинеарным взаимодействием и двукратным прохождением накачки через нелинейный кристалл, а также других схем ОПГС с неколлинеарным взаимодействием.
Параграф 3.2 посвящен разработке различных схем призменных ПГС, отличающихся типом взаимодействия волн в нелинейном кристалле и ориентацией оптических осей нелинейного кристалла и материала призм. Подробно рассмотрена конструкция трех типов ПГС с резонатором, образованным призмами из кальцита, и кристаллом ВДР, дан сравнительный анализ каждой из схем, рассматривается возможность селекции углового и частотного спектров при прохождении взаимо- - 14 -действующих волн через две области взаимодействия, на основании этого рассмотрения проводится расчет оптимальной геометрии резонатора. Приводится конструкция ПГС с кристаллом UN&0- и призмами из плавленного кварца.
В п.3.3 и 3.4 приведены результаты экспериментального исследования двух типов ПГС с призменннми отражателями из кальцита и кристаллом КдТ. Показана возможность получения в таких системах коэффициента преобразования до нескольких десятков процентов, узкого углового (до з') и частотного (менее 0,1 см"1)спектров, при сравнительно высокой стабильности частоты генерации (до 0,1 см"1) при стабильности накачки не хуже 0,01см"1 и широком диапазоне перестройки (от 0,96 до 1,44мкм). Экспериментально обнаружена асимметрия перестроечной кривой, заключающаяся в несовпадении диапазона перестройки по резонансной и холостой волне в интервале, где одна из них попадает в область поглощения. Показано, что при разных величинах поглощения взаимодействующих волн порог возбуждения колебаний в ОПГС и величина их инкремента зависят от того, по какой из волн осуществляется обратная связь. Порог возбуждения ниже, а инкремент выше, если обратная связь осуществляется по слабо затухающей волне. В п.3.5 содержатся выводы к главе.
В четвертой главе рассматриваются новые методы коррекции оптического излучения в процессе параметрического смешения световых волн, основанные на одновременном ОВФ и параметрическом преобразовании исходного излучения [7,24*"283.
Параграф 4.1 является введением. В нем анализируется состояние проблемы, формулируется круг задач, решаемых в настоящей главе.
В п.4.2 теоретически и экспериментально исследуется метод сфазированного по сечению сложения частот в оптически неоднородных кристаллах. Показано, что при удвоении частоты возможна компенсация влияния оптических неоднородностей нелинейного кристалла - 15 -и получение излучения на частоте второй гармоники с плоским волновым фронтом, если еолновой фронт излучения первой гармоники на входе нелинейного элемента обращен по отношению к волновому фронту излучения, прошедшему через искомый кристалл в обратном направлении. Для этого предложено пучок слабомощного излучения первой гармоники пропускать через неоднородный кристалл, затем его усиливать и отражать назад с обращением волнового фронта. Тогда, пройдя через усилитель в обратном направлении и достигнув уровня мощности, достаточного для эффективного удвоения частоты, излучение первой гармоники снова попадало в искомый кристалл, где возбуждало вторую гармонику, поле которой на выходе всей системы воспроизводило квадрат комплексно-сопряженного поля первой гармоники до его прохождения через неоднородный кристалл. Б частности, если исходный пучок основной частоты имел дифракционную расходимость, то пучок второй гармоники, возбуждаемый на обратном проходе, также будет иметь расходимость, близкую к дифракционной. Экспериментальная реализация этого метода позволила на порядок улучшить направленность второй гармоники.
В п.4.3 экспериментально исследован метод формирования в отсутствие опорной волны излучения удвоенной частоты с плоским волновым фронтом при ее возбуждении неоднородным излучением основной частоты. Он основан на сложении в нелинейной среде достаточно близких частот двух многомодовых пучков света с комплексно-сопряженными фазовыми множителями. Показано, что компенсация искажений волнового фронта в пучке излучения первой гармоники при удвоении его частоты возможна, если этот пучок предварительно разделить на два, один из которых затем отразить с обращением волноеого фронта (ВРМБ-зеркалом), а другой - обычным плоским зеркалом. Смешивая далее два таких пучка с комплексно-сопряженными фазовыми множителями в элементе удвоения,в эксперименте удается возбудить волну второй гармоники с плоским волновым фронтом.
В п.4.4 предложен и экспериментально исследоЕан метод ОВФ лазерного излучения для широкого диапазона длин волн. Он основан на параметрическом смешении входного сигнала с одной или несколькими опорными волнами и преобразовании его частоты в другой (промежуточный) частотный диапазон, где реализовано ОБФ. На обратном проходе через параметрический смеситель обращенный сигнал промежуточной частоты совместно с обращенной опорной волной формируют излучение на частоте входного сигнала с обращенным относительно его волновым фронтом. Оценена эффективность этого процесса, когда промежуточная частота равна сумме и разности частот накачки и сигнала, обсуждены факторы, елияющиє на точность ОВФ. В п.4.5 содержатся выводы к главе.
В заключении приводится перечень основных результатов, полученных в диссертации.
На защиту выносятся следующие основные положения.
При развивающемся от уровня спонтанных шумов ВРМБ колли-мированных или слабосфокусироЕанных пучков лазерного излучения в протяженных средах может возникать модуляция интенсивности отраженного и проходящего света. Интенсивность отраженного света в этом режиме рассеяния не превышает интенсивности накачки. Глубина модуляции уменьшается от начала к концу импульса, а ее масштаб зависит от длины кюветы с нелинейной средой.
Реализованные однорезонаторные параметрические генераторы света с неколлинеарным взаимодействием, двумя областями взаимодействия и призменными отражателями обеспечивают коэффициент преобразования до 30% , большую выходную мощность (несколько мегаватт), высокую направленность (близкую к дифракционной), узкий частотный спектр (менее 0,1 см ), высокую стабильность (до 0,1 см ) и широкий диапазон перестройки.
Излучение второй гармоники с плоским волновым фронтом при ее возбуждении одномодоеым излучением первой гармоники в неоднородном элементе удвоения можно получить, если волноеой фронт излучения первой гармоники на еходє нелинейного элемента обращен по отношению к волновому фронту излучения, прошедшему через этот же элемент удвоения в обратном направлении.
Волну Еторой гармоники с плоским волновым фронтом при ее возбуждении пространственно неоднородным излучением ОСНОЕНОЙ частоты можно получить, если из неоднородного излучения первой гармоники сформировать два свєтоенх пучка с комплексно-сопряженными фазовыми множителями и затем смешать их частоты в элементе удвоения.
Обращение волнового фронта лазерного излучения, для которого прямой метод обращения не реализуется, возможно, если, смешав его с опорной волной е параметрическом смесителе, возбудить волну промежуточной частоты, для которой реализовано ОВФ, отразить эту волну с обращением волнового фронта и смешать с обращенной опорной еолной на обратном проходе через тот же самый параметрический смеситель.
Задающий генератор, перестройка и стабилизация его частоты с помощью анизотропных пластинок
В настоящем параграфе приведены результаты экспериментального исследования перестройки и стабилизации частоты задающего генератора на неодимовом стекле с помощью фильтров на основе поляризаторов и кристаллических фазовых пластинок. Этот метод имеет ряд преимуществ перед другими методами. Во-первых, поляризационные фильтры не содержат поглощающих элементов и отражающих покрытий, что позволяет применять их в мощных импульсных ОКГ. ВО-ЕТО-рых, их можно применять в любом диапазоне, не внося существенных потерь в резонатор. В-третьих, простота перестройки частоты генерации ОКГ. Перестройка частоты осуществляется простым поворотом пластинки. Наконец, поляризационные фильтры легко комбинируются с другими типами селекторов.
Впервые поляризационные фильтры для селекции частоты ОКГ предложены в [663 . В работе [67] была экспериментально показана возможность монохроматизации рубиновых ОКГ с их помощью. В работе [68] поляризационные фильтры применялись для управления частотой ОКГ на органических красителях, а в нашей работе [9] -для перестройки и стабилизации частоты неодимового ОКГ. В рабо - 24 -те [693 было осуществлено сканирование частоты генерации рубинового ОКГ за одну вспышку.
Переходные нестационарные процессы при обратном ВР узкополосных импульсов в протяженных средах
В данном параграфе рассматриваются эффекты, связанные с развитием обратного ВР от передней части лазерного импульса, входящего Е протяженную среду. Воспользуемся моделью плоских волн, позволяющей оценить длительность переходного процесса при интенсивном обратном ВР и количество импульсов в рассеянном и прошедшем через нелинейную среду излучении. Предположим, что на плоский слой нелинейной среды, расположенной справа от плоскости 2 = 0, падает импульс лазерного излучения, причем в момент t = 0 этот импульс находится слеЕа от границы рассеивающей области (рис.2.I). Распределенные шумы в среде можно приближенно учесть, если в начальный момент t = 0 спраиа от границы 2=0 задать достаточно протяженный затравочный стоксовый импульс небольшой интенсивности (на 8-Ю порядков меньше интенсивности накачки - рис.2.1). Если время релаксации гиперзЕуковых волн при ВРМБ мало по сравнению с другими временами ( tn , -fc , t ), то взаимодействие накачки и обратно рассеянной в нелинейной среде СТОКСОЕОЙ компоненты можно описывать системой уравнений для плотностей ПОТОКОЕ фотонов N и Ng соответствующих волн где Q, - коэффициент нелинейности. Решение системы (2.4) с заданными функциями N, (t, =0)и N, (t = 0, ) позволяет определить форму проходящего через нелинейный слой импульса накачки - предвестника и найти зависимость от времени импульса обратно рассеянного излучения.
Основные типы ПГС с призменными отражателями
Резонаторы, образованные призменными отражателями, можно разделить на резонаторы, образованные призмами из изотропного и анизотропного материала. Характер и типы ПГС зависят, кроме того, от типа взаимодействия ЕОЛН В нелинейном кристалле и от ориентации оптической оси кристалла относительно оптических осей материала призм и их ребер. Оптические схемы ОСНОЕНЫХ ТИПОВ ПГС с призменными отражателями из кальцита показаны на рис.3.1. На рис.3.2 показан общий вид резонатора ПГС с призмами из кварца (масштаб 2:1), на рис.3.3. приведена схема конструкции ПГС с отражателями из кальцита в масштабе (1:1), а на рис.3.4 - внешний вид резонатора одного из таких генераторов. Призмы во всех случаях крепились на оптическом контакте к каркасу из КЕарца, обладающего небольшим коэффициентом температурного расширения. Рассмотрим характерные особенности этих ПГС.
Компенсация неоднородностей нелинейных оптических элементов в схемах удвоенной частоты лазерного излучения
В данном параграфе показано, что компенсация оптических искажений в пучке второй гармоники при удвоении частоты Е неоднородных нелинейных кристаллах возможна, если волновой фронт излучения первой гармоники на входе нелинейного элемента обращен по отношению к волновому фронту излучения, прошедшему через данный кристалл в обратном направлении. Для экспериментального наблюдения указанного эффекта пучок достаточно слабомощного излучения первой гармоники пропускался через неоднородный кристалл, затем усиливался и отражался с обращением волнового фронта (ОВФ). Тогда, пройдя через усилитель Е обратном направлении и достигнув уровня мощности, достаточного для эффективного УДЕОЄНИЯ частоты, излучение первой гармоники снова попадало в искомый кристалл, где возбуждало вторую гармонику, поле которой на выходе всей системы не зависело от оптических неоднородностей нелинейного элемента и воспроизводило квадрат комплексно-сопряженного поля первой гармоники до его прохождения через неоднородный кристалл. В частности, если пучок первой гармоники до прохождения через неоднородный кристалл или матрицу из нелинейных элементов имел дифракционную расходимость, то пучок второй гармоники, возбуждаемой на обратном проходе, также будет иметь расходимость, близкую к дифракционной.
