Введение к работе
Актуальность темы. Диссертация посвящена исследованию метода обращения волнового фронта (ОВФ) световых пучков с помощью "гологра-фического лазера", в котором одно из зеркал представляет собой динамическую голограмму, записываемую внешним оптическим сигналом [1].
Устойчивый интерес к данному методу в последнее время объясняется несколькими причинами. Прежде всего, изучение механизмов селекции обращенной к сигналу волновой компоненты в моде топографического лазера позволяет рассматривать его как технику качественного ОВФ не только гладких пучков, но и пространственно-неоднородных волн, в частности пучков с развитой спекл-структурой поля. Кроме этого, в таком лазере с этой целью могут эффективно применяться разные нелинейности для записи динамической голограммы, в том числе нелинейность насыщения усиления, что делает схему универсальной для широкого диапазона длин волн лазерного излучения.
Проблема ОВФ спекл-полей актуальна в таких задачах, как доставка излучения через турбулентную атмосферу; компенсация значительных фа-' зово-поляризационных искажений в мощных лазерных системах с архитектурой "задающий генератор + усилитель мощности + ОВФ-зеркало"; восстановление информации, зафиксированной в пространственном распределении комплексной амплитуды пучка, при его двухкратной передаче по многомодовым волокнам, сильно спеклующим и деполяризующим лазерный пучок на одном проходе.
"Самонакачиваемость" топографического зеркала внешним сигналом, подлежащим обращению, делает возможным осуществление само-ОВФ пучка без привлечения дополнительных опорных волн, что составляет принципиальное отличие и преимущество данного метода относительно вырожденного четырехволнового взаимодействия (ВЧВ). Однако при ОВФ спекл-неоднородной волны означенная самонакачиваемость оборачивается необходимостью иметь дело с нетрадиционной безопорной голограммой, когда обе спекл-волны, формирующие топографическое зеркало, в равной степени несут в себе информацию о внешнем сигнале и ни одна из них не выступает по отношению к другой в качестве опорной. В этой связи в настоящей диссертации обосновываются и подтверждаются экспериментально в рамках рассматриваемого метода высокие селективные способности короткой (недифракционной) безопорной голограммы, толщина которой меньше длин продольной корреляции формирующих ее спекл-пучков. Такая голограмма легко реализуется экспериментально и в силу этого имеет преимущества перед "дифракционным" аналогом безопориой голограммы [2], позволяя
также эффективно использовать для голографической записи нелинейность насыщения усиления и учитывать новые тенденции в прогрессирующих лазерных технологиях, связанных с переходом на диодную накачку лазерных кристаллов.
Целями настоящей диссертационной работы являются:
-обоснование селективной способности короткой (недифракционной) безопорной голограммы, направленной на выделение (из некоррелированных компонент) сопряженной к спекл-сигналу составляющей поля как в считывающей голограмму, так и в отражаемой в ее первый порядок волнах;
-изучение механизмов формирования пространственной структуры мод кольцевого голографического лазера в условиях, когда голографиче-ское зеркало записывается в одних случаях спекл-излучением с однородной поляризацией в пучке, в других случаях ~ существенно деполяризованным спекл-сигналом;
-анализ условий, при которых метод голографического лазера обеспечивает качественное ОВФ спекл-излучения с однородной поляризацией и ОВФ деполяризованного излучения;
-экспериментальное подтверждение возможностей метода по обращению спекл-неоднородного излучения в голографическом лазере при записи голограммы иа решетках усиления в стекле с Nd и в YAG:Nd.
Научная новизна работы заключается как в постановке конкретных задач, так и в полученных результатах. В частности, в работе впервые получены следующие результаты:
-
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены высокие селективные способности безопорной голограммы, отвечающей недифракционному приближению, по выделению обращенной к сигналу волны в основной моде голографического лазера.
-
Построена теоретическая модель, проясняющая механизмы формирования мод кольцевого голографического лазера, формируемого спекл-сигналом, и позволяющая оптимизировать пространственно-энергетические характеристики его фундаментальной моды.
3. Экспериментально осуществлено высокоточное ОВФ спекл-
неоднородного излучения с однородной поляризацией в голографическом
лазере с голограммой инверсной населенности, записанной в стекле с Nd и
в YAG:Nd.
4. Предложен и реализован новый способ ОВФ деполяризованного
спекл-излучения.
Практическая значимость результатов исследований вытекает из того, что голографический лазер на решетках усиления в принципе решает проблему сопряжения волнового фронта для сигнального излучения с произвольной пространственной структурой пучка и с длиной волны, относящейся к широкому спектральному диапазону (от видимого до среднего ИК). Исследование нелинейности насыщения усиления как нелинейности, используемой для записи динамической голограммы в YAG:Nd и в Nd лазерах, позволяет в общем спрогнозировать ее поведение в других лазерных средах, для которых использование метода голографического лазера может оказаться наиболее оптимальным. Достижению предельных энергетических и пространственных характеристик выходного излучения в мощных лазерных системах после компенсации значительных фазовых аберраций в уси-т лителях начинают препятствовать поляризационные искажения, что делает актуальным разработку эффективных и универсальных для разных лазерных сред методов полного векторного ОВФ.
Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на 8-й и 9-й международных конференциях "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург, 1995; 1998); на международной конференции по лазерам и элек-тро-оптике CLEO/EUROPE'98 (Glasgow, Scotland, UK, 1998); на международной конференции "Advanced High-Power Lasers and Applications, AHPLA'99 (Osaka, Japan); на 3-й и 4-й нижегородских сессиях молодых ученых (г.Дзержинск, 1998,1999 гг.) и на научных семинарах ИПФ РАН.
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в статьях [1-7], а также в тезисах докладов конференций [8-12].
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, включая 26 рисунков и список литературы из 71 наименования.
