Введение к работе
Актуальность темы.
Одним из важных направлений развития оптической и лазерной техники является разработка источников когерентного излучения высокой яркости и эффективности. Излучение таких лазерных источников используется в системах оптической локации и связи, лазерной медицины, во многих производственных процессах, то есть там, где требуется высокая концентрация световой энергии па малых площадях или её транспортировка па большие расстояния без существенных потерь.
При создании лазеров высокой яркости значительное внимание уделяется получению максимальной выходной энергии и мощности генерации в первую очередь за счёт использования эффективных активных сред и систем накачки. Однако, улучшение пространственных характеристик излучения лазера путем выбора оптимальной конструкции оптического резонатора (в первую очередь выходных зеркал) позволяет значительно увеличить яркость при фокусировке излучения.
Традиционные схемы неустойчивых резонаторов, используемых в мощных технологических лазерах с большим коэффициентом усиления активной среды, таких как газовый С02 - лазер с поперечной прокачкой, обладают рядом недостатков. В первую очередь, это возможность одновременной генерации нескольких поперечных мод, имеющих одинаковые потери при данной конфигурации активного, т.е. заполненного усиливающей средой резонатора. Избавится от этих недостатков, позволяет использование в резонаторе лазера выходного зеркала с переменным по радиусу коэффициентом отражения.
Успешная реализация выходных лазерных элементов с переменным
профилем отражения, требует решения ряда теоретических и
экспериментальных прикладных задач, таких как: синтез градиентных
многослойных покрытий, разработку структур для компенсации фазовых
искажений, возникающих в отражённом и тадхО^^ДЙ|^Шронта излучения,
СПетер&рг/Й(-|
**Щ> I— НУ»
разработке технологических методов нанесения диэлектрических слоев
переменной по радиусу толщины; исследованию материалов и структур
плёночных конструкций, которые обеспечивают требуемую лучевую и
механическую прочность покрытия.
Цель работы
Цель настоящей работы состояла в разработке, изготовлении и исследовании оптических интерференционных покрытий с радиальным профилем коэффициента отражения, обеспечивающих увеличение яркости излучения С02 лазеров в дальней зоне за счет компенсации фазовых искажений, возникающих в отражённом и проходящем фронте излучения, и технологических методов нанесения диэлектрических слоев переменной по радиусу толщины.
С этой целью в настоящей работе:
проведён численный расчёт и анализ влияния фазовых искажений волнового фронта на дифракционную расходимость лазерных пучков;
на основе проведённого анализа предложена величина допустимых фазовых искажений вносимых элементом, не влияющих на распространение пучка и формировании внутрирезонаторной моды;
предложены различные методы фазовой компенсации вносимых искажений для различных типов элементов;
разработаны многослойные диэлектрические покрытия для различных типов выходных фазокомпенсированных элементов: со ступенчатым и гладким профилем отражения;
проведён численный расчёт фазовых искажений волнового фронта, вносимых различными отражающими структурами;
проведено исследование оптических пленок и многослойные конструкции на их основе, обеспечивающих высокую лучевую и механическую прочность покрытий;
изготовлены различные типы фазокомпенсированных элементов со ступенчатым и гладким профилем отражения;
проведены экспериментальные исследования выходных
фазокомпенсированных элементов в резонаторах мощных С02 - лазеров, сравнительный анализ выходного излучения лазера.
Научные результаты выносимые на защиту
-
Обоснование величины допустимых фазовых искажений вносимых выходным зеркалом.
-
Методы фазовой компенсации искажений волнового фронта, вносимых выходными зеркалами резонаторов.
-
Структуры многослойных диэлектрических покрытия для различных типов выходных фазокомпенсированных элементов со ступенчатым и гладким профилем отражения.
-
Результаты исследования некоторых плёнкообразующих веществ и многослойных конструкции на их основе.
5. Экспериментальные исследования различных типов выходных
фазокомпенсированных элементов в резонаторах мощных СОг - лазеров
Научная новизна и практическая иенность работы.
Заключается в том, что предложены, реализованы и исследованы различные типы выходных зеркал с радиальным профилем отражения, свободные от дополнительных искажений волнового фронта (фазокомпенсированные элементы), проведены исследования, составляющих их основу, пленкообразующих материалов и интерференционных покрытий.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях "Оптика лазеров 93", "Оптика лазеров 95", "Оптика лазеров 2000", "Оптика лазеров 2003" (Санкт-Петербург), "Лазерные технологии 95" (Шатура). По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ. Результаты работы внедрены в НИИКИ ОЭП ВНЦ " ГОИ им. СИ. Вавилова ".
Личный вклад автора.
Основная часть теоретических и экспериментальных исследований, связанных с разработкой и изготовлением выходных элементов выполнена автором самостоятельно. Формулировка направлений исследований, обсуждение и интерпретация результатов проводились совместно с научным руководителем. Экспериментальные исследования элементов в резонаторах мощных лазеров проводились на базе лаборатории НИИКИ ОЭП ВНЦ " ГОИ им. СИ. Вавилова " г. Сосновый Бор, совместно с сотрудниками лаборатории.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Материал изложен на 137 страницах, содержит 42 рисунка, 4 таблицы и список литературы из 82 наименований.
