Введение к работе
Актуальность темы. Диссертация посвящена исследованию низкочастотных процессов в многомодовых лазерах с медленно ре-лаксирующей активной средой (твердотельные и полупроводниковые лазеры, С02-лазеры низкого давления). Основное внимание уделяется изучению взаимодействия мод в активной среде, которое определяет динамические и флуктуационные характеристики таких лазеров.
Интерес к низкочастотной динамике многомодовых лазеров возник еще на ранних этапах развития квантовой электроники. Тогда же были сформулированы базовые модели и в общих чертах исследованы их свойства. Современный интерес к теории многомодовых лазеров стимулирован появлением нового поколения твердотельных лазеров с диодной лазерной накачкой. По сравнению с традиционными приборами с ламповой накачкой эти лазеры имеют ряд преимуществ, среди которых большой кпд (превышающий 20%), стабильность и компактность. Высокий коэффициент преобразования монохроматической накачки в генерируемое излучение исключает чрезмерный нагрев лазерного кристалла и позволяет избежать технических флуктуации, которые являются большой проблемой в лазерах с ламповой накачкой. Лазеры с диодной накачкой, обладающие низким уровнем технических флуктуации и относительно небольшим числом генерируемых мод, предоставляют новые возможности для верификации существующей теории и позволяют производить не только качественное, но также и количественное сравнение экспериментальных результатов с предсказаниями фундаментальных моделей, полученных из первых принципов. С другой стороны, требуется развитие теории для адекватного описания нового поколения лазеров. В частности, необходимо корректно описать неравномерность распределения усиления по периметру резонатора, поскольку наиболее распространенная продольная схема диодной накачки приводит к заметному затуханию накачки по мере проникновения в глубь активного элемента.
Недостаточно изученными остаются и причины неустойчивости спектра многомодовой генерации. Эта неустойчивость проявляется в возникновении низкочастотных пульсаций интенсивностей
отдельных мод при постоянной суммарной интенсивности и определяет динамику лазеров на растворах органических красителей. Интерес к проблеме связан с вопросом о предельной чувствительности метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии.
Исследование низкочастотных процессов дает ключ к решению ряда важных обратных задач лазерной динамики, понимаемых как определение параметров лазера по характеристикам генерации. Среди них - измерение фазовой невзаимности резонатора кольцевого лазера по поведению интенсивностей и частот мод в автомодуляционном режиме.
Целью диссертационной работы является исследование низкочастотной динамики многомодовых лазеров, механизмов и последствий взаимодействия мод в активной среде.
Научная и практическая значимость. Проведенный в диссертации анализ взаимодействия мод в активной среде позволил предсказать ряд новых эффектов, часть из которых нашла экспериментальное подтверждение. Среди них эффект исчезновения низкочастотных релаксационных колебаний в лазере с резонатором Фабри-Перо при большом числе генерируемых мод. В полупроводниковом кольцевом лазере предсказано существование режима стационарной двунаправленной генерации со сравнимыми интенсивностями встречных волн. Разность частот волн в этом режиме пропорциональна фазовой невзаимности, что предоставляет принципиальную возможность использования такого лазера в качестве компактного гироскопа с традиционной схемой измерений. Развитый в диссертации подход к описанию лазеров стоячей волны с пространственно неоднородным распределением ненасыщенного усиления может быть использован для расчета энергетических и спектральных характеристик таких лазеров.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на VI всесоюзной, VIII и IX международных конференциях "Оптика Лазеров" (С.Петербург 1990, 1995, 1998), XIII и XIV международных конференциях по когерентной и нелинейной оптике (Минск 1988, С.Петербург 1991), I и II международных конференциях по нелинейной динамике оптических систем NDOS (США 1990, Австрия
1992), европейских конференциях по квантовой электронике EQEC
(Эдинбург 1991, Гамбург 1996, Глазго 1998), V международной
конференции по квантовой электронике и лазерам QELS (Балтимор
1995). -_ ' '
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа, список публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа изложена_на 152 страницах текста, содержит 44 рисунка, 2 таблицы. Список литературы включает 109 наименований.
