Введение к работе
Актуальность темы.
Изучение свойств монолитных твердотельных кольцевых лазеров является актуальным как в связи с различными прикладными задачами, в которых используются эти лазеры, так и с целью изучения ряда аспектов нелинейной динамики лазеров.
Монолитный кольцевой лазер (кольцевой чип-лазер) представляет
собой сложную призму, выполненную из высококачественного активного
монокристалла, её конструкция обеспечивает за счет полного внутреннего
отражения существование внутри монокристалла замкнутого оптического
контура. Для повышения устойчивости кольцевого резонатора одна из граней
призмы имеет сферическую поверхность. Монолитный ТКЛ, может иметь как
плоский, так и неплоский оптический резонатор. Благодаря этому чип-лазеры
имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами кольцевых лазеров.
Обладая жесткой конструкцией, они исключают разъюстировку резонатора,
позволяют повысить стабильность режимов генерации, сузить спектр
генерируемых мод. В одномодовых режимах генерации моноблочных ТКЛ
получена более высокая стабильность частоты по сравнению с другими
типами кольцевых твердотельных лазеров. Использование
полупроводниковой монохроматической накачки для чип-лазеров приводит к еще большей стабилизации характеристик его излучения.
Все эти преимущества открывают хорошую перспективу для применения чип-лазеров, как источников для оптических линий связи, лидаров, инерционных датчиков. Большой практический интерес, с точки зрения лазерной гироскопии, представляют двунаправленные режимы.
Для лазерной гироскопии большой практический интерес представляет регистрация малых значений фазовой невзаимности встречных волн кольцевого резонатора. С этой точки зрения очень важным является поиск новых возможностей для измерения их.
Твердотельный кольцевой лазер является распределенной автоколебательной системой, которая даже в условиях одномодовой генерации в каждом из встречных направлений, характеризуется сложной нелинейной динамикой излучения. В ТКЛ, работающем в непрерывном режиме, может существовать целый ряд режимов генерации как с постоянными, так и с зависящими от времени амплитудами встречных волн. Последние называют автомодуляционными режимами генерации. При определенных условиях в ТКЛ могут возникать режимы динамического хаоса. В последнее время в нелинейной динамике является актуальной проблема получения и исследования режимов синхронного динамического хаоса в связанных системах. Кольцевой двунаправленный лазер является одним из примеров таких систем. Несомненный интерес представляет исследование режимов синхронного динамического хаоса во встречных волнах излучения кольцевого лазера.
Цель работы
Целью диссертационной работы является детальное исследование динамики твердотельного кольцевого лазера при модулировании его параметров. Были изучены следующие вопросы:
- влияние модуляции потерь резонатора и модуляции накачки на динамику автомодуляционных колебаний ТКЛ, классификация режимов генерации и нахождение их устойчивости,
- динамика излучения в областях резонансов, связанных с
параметрическим возбуждением релаксационных колебаний,
возможности управления режимами динамического хаоса,
синхронизация динамического хаоса во встречных волнах
влияние фазовой невзаимности кольцевого резонатора на динамику ТКЛ с периодической модуляцией накачки.
- поиск новых способов измерения фазовой невзаимности при
использовании модуляции параметров.
Научная новизна
Впервые детально исследованы области существования и основные
характеристики различных режимов генерации при молулировании
параметров двунаправленного ТКЛ.
Показана возможность существования двух режимов синхронного хаоса во встречных волнах. Обнаружены три резонансные области перехода излучения ТКЛ в режимы динамического хаоса.
Обнаружен и исследован новый режим противофазной импульсной модуляции встречных волн ТКЛ. Предложены новые методы измерения фазовой невзаимности. Обнаружены новые области оптической бистабильности.
Экспериментально обнаружено уменьшение ширины спектра автомодуляционных колебаний при захвате частоты автомодуляционных колебаний модулирующим излучение ТКЛ.
Научная и практическая ценность работы
Проведенные в диссертации исследования открывают новые
возможности для управления режимами генерации и вносят существенный
вклад в развитие нелинейной динамики твердотельных лазеров. В работе
продемонстрирована чувствительность ТКЛ к оптической невзаимности в
режимах динамического хаоса, что должно стимулировать исследования в
этом направлении.
При сравнении полученных экспериментальных результатов с
результатами теоретического анализа установлено, что рассмотренная
модель ТКЛ хорошо описывает все наблюдаемые особенности нелинейной
динамики ТКЛ. Это показывает, что твердотельный кольцевой лазер является
перспективной системой для дальнейшего изучения различных явлений в
области нелинейной динамики. Проведенные исследования полезны для
задач, связанных с прикладным использованием ТКЛ. В работе предложены
новые возможности измерения фазовой невзаимности, что может
использоваться в лазерной гироскопии.
Защищаемые положения.
1. Бистабильность и гистерезисное поведение ТКП при модулировании
потерь и накачки. Определение областей существования для различных режимов генерации.
2. Чувствительность ТКП к оптической невзаимности в новых режимах
генерации, в том числе в режиме динамического хаоса.
-
Обнаружение двух режимов синхронного динамического хаоса в излучении встречных волн.
-
Обнаружение резонансных областей возникновения динамического хаоса в ТКП.
Апробация результатов работы. Основные результаты отражены в публикациях и докладывались на семинарах кафедры оптики и спектроскопии физического факультета МГУ.
Личный вклад автора . Основные результаты, приведенные в работе, получены самим автором, либо при его непосредственном участии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 102 страниц, включая 24 рисунка и список цитированной литературы из 102 наименований.
