Введение к работе
Актуальность гена определяется тремя факторами:
Задача расширения диапазона генерации когерентного излучения относятся к числу наиболее важных задач современной квантовой электроники. При этом создание лазеров ВУФ и MP диапазонов связано с рядом трудностей как принципиального, так и технического ха-
- і -
рактера. Несмотря на онределенные успехи, достигнутые к настоящему времени в исследовании усиливающих сред коротковолнового диапазо-аа, нелинейно-оптические метода по-прежнему остаются наиболее ре зультативными методамим генерации ВУФ и HP излучения.
Как ухе отмечалось выше, исследования процессов параметрического смешения частот в газовых средах, позволяет получить данные э взаимодействии мощного резонансного излучения с веществом, имею-цие оОщефизичэское значение. При этом интерпретация полученных результатов часто упрощается, вследствие сравнительной простоты объекта.
Создание эффективных и надежных источников когерентного ВУФ излучения с заданными временными, пространственными и спектралыш-«I характеристиками может существенно помочь в решении ряда научных и технических задач.
Для достижения названных целей в работе использовались сле-цующи методы:
-Экспериментальные: метод нелинейно-оптического смешения час гот; поляризационной лазерной спектроскопии ; метод оптического :тробирования в схеме обращения волнового фронта. В качестве вспо-логательшчс использовались методы линейной спектроскопии.
-теоретические : метод медленно меняющихся амплитуд, метод латрицы плотности, методы численного моделирования.
Научные подолання выносимые на защиту.
I.Воздействие на среду мощного лазерного излучения приводит к зозникновению выроаденшх по частоте компонент нелинейной поляри-*ации, обусловленных процессами как одного, так и различных ::оряд-сов, которые могут интерферировать .При высоких значениях иптен-;ивности поля накачки пезонансныв процессы высших порядков более >ффективны по сравнению с не рерэзонансными процессами более низ-:ого порядка.
2. Основной причиной нарушения однородности распределения гаров металлов являются конвективные потоки смеси рабочего и іуфорного газов.
3.Принципиальное ограничение еффективности параметрических гроцвесов преобразования частот (Эффект Керра) в средах с кубичной
нелинейностью может быть устранено путем оптимальной фокусировки стационарного и однородного по сечению пучка накачки за нелинейную среду.
4.Нелинейная восприимчивость молекул с сопряженными двойными связями (СДС) превышает значения этой величины для простейших молекул, а также молекул предельных углеводородов, и сопоставима с резонансной нелинейной восприимчивостью атомных сред.
5.Линейное поглощение генерируемого излучения не ухудшает йффективность оптического смешения частот, в том случав, если оно ооусловлено переходами, вносящими определящий вклад в величину нелинейной восприимчивости.
6.Возможна макроскопическая ориентация молекул в поле лазерного излучения с длительностью импульса меньшее времени установления статистического равновесия, при энергии взаимодействия молекулы с полом, большей энергии теплового движения.
7. Нелинейно оптический отклик гидрозольных фрактальных кластеров металлов содержит"быструю" часть, ооусловленную
электронной нелинейностью (т <ДО"1'сек) и " медленную", связанную с их фотомодификац^ей.
Достоверность результатов подтвэрхдвется следующим:
- результаты по генераций ВУФ излучения в парах атомов и
молекул подтверждаются их непротиворечиБосгью с результатами дру
гих авторов и с основными теоретическими положениями.
-вывода о высоком значении величины нелинейной восприимчивости молекул с сопряженными ДВОЙНЫМИ связями соответствуют., результатам экспериментальных и теоретических исследований их нелинейно-оптических свойств в конденсированном состоянии.
- результаты исследований нелинейно-оптических свойств
фрактальных кластеров подтверждаются результатами подучошшми в
ИАиЭ СОРАН другими методами, а также исследованиями по гигантскому
комбинационному рассеянию.
- теоретические результаты совпадают в предельных случаях с результатами других автороы.
Научна я нови з на диссертации определяется результатами, полученными впервые.
I. Впервые экспериментально наблюдались процессы интерференции нелинейных поляризаций как одинакового .так и различных порядков. На основе предложенной расчетно-теоретической модели дана классификация типов интерференции.
2 Проведены детальные исследования распределения паров металлов в кюветах атомизаторах с охлаждаемыми окнами, в зависимости от температуры, давления буферного газа и конструкционных параметров кюветы. Получен критерий, позволяющий выбирать значеїшя указаышх выше параметров, ігри которых нарушение однородности незначительно. Установлено, что влияние локальной неоднородности на эффективность параметрического смошения Частот может быть устранено при оптимальном выборе концентрации рабочего и буферного газа.
3. Предложен способ устранения принципиального ограничения эффективности преобразования в средах с центром симметрии, обусловленного эффектом Керра.
4.Предложено использовать в качестве газообразных нелинейно-оптических сред пары молекул с сопряженными двойными связями (СДС)
-
Впервые поставлена и решена задача о динамической ориентации молекул в газовой фазе в поле излучения пикосекундной длительности, и проанализировано влияние этого эффекта на процессы параметрического смешения частот.
-
Предложен способ "безынверсного" усиления света дихроичш-ми молекулами.
7. Проведены временные исследования нелинейно-оптического
отклика гидриіюлеи фрактальных кластеров серебра.
Научная ценность :
впервые показрчо, что в средах с кубичной нелинейностью возможен полный обмен энергией между взаимодействующими волнами при оптимальном выборе способа фокусировки излучения накачки.
исследованы нелинейно-оптические свойства новой газообразной нелинейной среды - паров соединений с сопрякоиными двойными связями.
-сформулированы условия при которых эффективность пресбразо ьания не ограничивается поглощением генерируемого излучония.;
-введено понятие динамической ориентации молекул;
-доказан неоднородный характер уширения полосы поверхностного плазмошюго резонанса при агрегации мономеров во фрактальный кластер;
--найдеш условия формирования однородного столба паров' в не изотермически нагреваемых кюветах.
Практическая значимость подтверждается следующими разработками
-разработаны преобразователи частот излучения лазера с неоди мом на стекле и аллдаинате иттрия в ВУФ область в парах ртути и Оария и также в парах молекул с сопряженными двойными связями;
-разработана простая методика дистанционжио измерения распределения паров металла на основе метода ГТГ в жестко сфокусированных пучках накачки.
-предложен и защищен авторским свидетельством метод создания однородного столба паров металла в кюветах с охлакдаемыми окнами.
-разработаны кюветы без выходного окна с диффузионным истечением паров черз диафрагму;
-отработаны методики селективной регистрации ВУФ излучения на фоне сильной УФ и видимой засветки;
-отработан способ пространственной фиксации фрактальных кластеров в желатиновой матрице;-
-наблюдавшееся явление частотно и поляризащюнно селективной фогомодификации кластеров может Окть положено в основу разработки элементов оптической памяти с высокой плотностью.
Результаты работы могут быть использованы в ГОй км. СИ. Вавилова , ИАиЭ СО РАН, Институте Сизине СО РАН, Красноярском Госуниверситете.
Таким образом совокупность разработанных в диссертации положений мокет квалифицироваться как новое крупное достижение в развитии перспективного направления современной науки резонансной нелинейной оптики.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертацш докладывались на IX, X, XII, XIII Всесоюзных конференциях по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, 1978, Киев, І9Ю, Москва, 1985, Минск, 1988), на vm, IX, X Вавиловских конференциях (Новосибирск,1984,1987,1990.). ца IV, V и VI
- а -
Всесоюзных конференциях "Оптика лазеров" (Ленинград. 1984, 1987, 1990), на Всесоюзной конференции по физике ВУФ излучения и его взаимодействию с веществом (Иркутск, 1989), Всесоюзных семинарах по физике ВУФ излучения (Ленинград, 1978, Таллин, 1982), Всесоюзных совещаниях по резонансным нелинейным процессам в газах ( Красноярск, 1977, Дивногорск, 1986), Всесоюзном совещании по инверсии населэнностей и генерации на переходах атомов и молекул (Томск,1986), Всесоюзном семинаре "Спектроскопия свободных слоишх молекул" (Минск, 1Ь89), семинаре "Лазерная резонансная ионизационная спектроскопия" (Новосибирск,1988), Школе - семинаре по лазерному и оптическому приборостроению (Минск, 1985), Международной школе "Лазеры и их применение" (Саяногорск, 1989), на Международной конференции "Экон-80" (Польша, 1980), конференции по лазерам (Китай, 1987), Европейской конференции по квантовой электронике (Дрезден,1989), IV Междисциплинарной конференции (США Минннеаполис, 1990), VIII Еврофизической конференции (Амстердам, 1990), а такав на Международном симпозиуме "Коротковолновые лазеры и их применение".(Самарканд, 1990).
Публикации. Основные результата диссертации опубликованы в 64 работах, список которых дан в конце автореферата.
Объем ц структура диссертации. Работа состоит кз введения, 6-ти оригинальных глав (разделов), заключения, списка литературы из 289 наименований. Работа изложена на 303 страницах, из них 201 страницу занимает основной текст, который иллюстрируется 76 рисунками и Ї2 таблицами.
