Введение к работе
Актуальность теми
Использование сбравения волнового фронте при выиулденноы рассеянии Ыандельвтама-Бряллюэва (0BS-BF6B) в твердотельных лазерных систеиах является перспективной областью лазерной фязаки. Возможность коррекция искажений волнового фронта в оптических састеылх пра ОВ» позволяет получать зояноэ излучение с расходзюстьв, близкой к дифракционной. Лазеры такого класса находят схрское принененпэ в научных, технол~ліческдх, прейааланннх а ведипинскпх областях. В частности, для целей ішфолитогрофяи а рентгеноскопии представляет интерес создание тшульсно-периодяческого лазерно-плааывнпого источника мягкого рентгеновского излучения (ЯП Црй), являщвгося альтернативой дорогостоя^еь/ п крупногабаритному синхротрону. Для ресевия этой задачи нэобхода» лазер, работащий со средней ценностью « 100 Вт я обеспечшавщаа
Получение ПЛОТНОСТИ ЫССЩОСТИ На ПОВерХНОСТИ 12ИН8НИ q~ Ю'э -Ю14
Вт/cu2. В связи с этны актуальной является проблем формирования высококонтрастных световых импульсов длительностью порядка наносекунда с предельно иалой расходимостью. Использование ОВФ-БРКВ является одной из возыояяоетен получения высоЕОнаправленкого излучения, облгдагцего большой пиковой модностью.
Сунествует несколько подходов к решении проблемы увеличения средней мощности высококаправленного излучения. Один из них -создание относительно низкоэнергетического лазера с энергией в импульсе В* 0,5 - 1 Дж, работающего с частотой повторения импульсов f » 50- 100 Гц. При разработке лазеров такого класса весьма важный является получение низшей моды, заполняющей больиую часть объема активного элемента (АЭ). Нсследозанныэ к моменту начала диссертационной работы схеиы, как правило, позволяли работать лишь в
режиме нала частот «10 Гц).
В аг/блвкованкых ранее работах првнмужественннй акцент ставился на разработку мощных лазеров на стекле, работающих в мовоимцульсвом режиме, Значительно меньшее количество работ посвящено исследованию частотних лазеров. Следует отметить. что использование кристаллических АЭ является эффективным средством для создания налогабарвтзых ншульсвс-зериодических лазеров с достаточно высокой пиковой в среднее мощностью.
Dps работе кшудьсно-периодоческях твердотельных лазеров (ИПТЛ) с ВРмБ-эеркалши в режиме частот повторення импульсов X* 100 Гц возникает ряд нелинейных эффектов, отрицательно воздействующих на процесс генерации, исследованию этих явлений, о также методам их компенсации в литературных источниках, предшествовавших данной работе, уделялось весьма скромное внимание.
Другим подходом х созданию мощных ШИЛ является получение шходнов анергии « 5 - 10 Дж ори t * 5 - 10 Гц с использованием АЭ .пластинчатой Форш. К моменту начала навей работы было создано линь несколько подобных установок, в которых в качестве АЭ применялось веодимовое стекло, использование кристаллов в силу их лучяих термооптических характеристик позволяет расширить диапазон частот повтореная импульсов.
Следует отметить, что использование режима усиленая пуга импульсов с модулированной добротностью в импульсно-периодическом режиме, в принципе, также может приводить к увеличению средней мощности васиного излучения.
Цель работы
Цель* диссертационной работы являлось создание и исследование импульсно - периодических твердотельных лазеров, работающих в режиме модуляции добротности с расходимостью пучка, близкой к
дифракционной; развитие методоь повьшєнял средней мощности танах лазеров; формирование коротких (<* I не) световых импульсов на выходе систем; анализ влияния аффектов самовоздействня на работу лазеров с ВРИВ- зеркалами; создание на оснозе разрвботвнних лазеров импульсно - периодического источника мягкого рентгеновского излучения. I Научная новизна
1. Ееслэдоваин варианты схемы лазера-генератора с ввввейы ВРШ-
зархалом, 8 которых реализуется эффект увеличения объена иода при
возбуждения ВРИБ-зеркала затравочный излучавгем.
2. Проанализировано влияние эффектов сгыовоздеиствпя в
не линейных средах па процесе генерация лазера с ВШБ- зеркалом,
работавшего при высоких частотах повторения импульсов.
-
Еселеловвна динамика генерации лазера в. ехэкз "аесткого включения'' ВРУБ-зеряада.
-
Создана могшая шшульсно-перяоднческая система на основа пластины из OAH:Nd, исследованы ее характеристика.
-
Осуїзествлено преобразование гладкого врекэнпого профиля затравочного излучения (а " 10 - 20 не) в цуг йодных наносекундпше
6. Реализован новый метод радиационного окрааивазшя крястэллоз
фторида лвтия - с помощью лазерно - плазменного источника ПРИ,
получены рекордные концентрации ?г- центров окраски (ЦО).
Практическая значимость работы
I. Разработан лабораторный макет ИПТЛ на AnTsKd с ВИІБ-зеркалом, работающий в широком диапазоне частот повторения импульсоз (*» I - 100 Гц), генерирующий излучение, с расходимость», близкой к дифракционной, с энергией в импульсе до 70 мДя и средней МОЕИООТЬО до Б Вт. Реализован вариант данной схемы с одпопроходоваы усилителем, конструктивно выполненный в одном квантрске с A3
генератора.
2. Создана лазерная система на ОДИ:Ый с дЭ пластинчатое! форда о
парзиетраш: внаргия в импульсе «2,2 ж, длительность ишфшса ii
вс, частота повторения до б Гц .расходимость излучения -іполтора
дифракционных предала. |
3. На основе созданного лазера с двумя ВПвЗ-зермлама,
генерирующего цуг щщосекундных импульсов с обцая энергией 0,5 Да
роалззовзв макет ЛПИ НРЙ, пригодные для радиационного окраашашш
кристаллов ЫУ.
Осаоавме результата работы ,
I. В хшраентах схем лазеров-генераторов с вавЕнаи ВРМБ-зерзалои, возбувдвекъш излучением затравки, реализуется рекам заполнения практически всей апертуры A3. Лазерная схема работает с высокой (до 100 Гц) частотой повторення импульсов пра среднее еязщкостн до 5 Вт при малой (-0,5 нрад) расходимости выходного излучения.
2.Показано, что эффектами» ограничивающей выходные характеристики лазеров с ВРиБ-зеркалами, являются тепловая дефокусировка, естественная конвекция, оптический пробой, турбулентные потоки в нелинейной среде. Повышение средней моцностй лазеров возможно путем подбора кривизны волнового Фронта на входе о среду, jssoo сканзрованнеи пучка в BFUB-AC, а также использованием ВРМБ-АС, обяадлввда малым (a =< Ю-5 см-1) коэффициентом поглощения.
-
В лазерное системе с ВРмБ-зерхалом с использованием A3 в форме пласте^ получена анергия 2,2 Да с частотой повторения до б Гц с расходимостью, равной полутора дифракционным пределам.
-
В схеме "жесткого включения" ВШБ-зеркала импульс затравки с гауссовсяш временным профилем преобразуется в цуг ваносекундшх импульсов с регулируемым временным интервалом между ними. Найдено
услоЕЕа, прз котором свизз SOS опертая содержатся в одясу гзшуйьсо.
5. ВілазеркоЗ спстекэ о дауня Вїїй-горхаягет полутега цуги
гїаіудьсов с дянтвльпостьо »1,5 ЕС а сбега энзртязЗ в 0,5 Да,
прягодшэ . ддя в54*зкгаввса генарйцга ійігеого рзнїгепозского
кздучвшія. Достигнута рекорда» концентрацет ї?2 - ЦО а крастзляах
LiS" прз as 'облучения ЛШ MPS.
6. Зяспераззнталъао показано, vro рггш гвнэрззрн цуга
ешуеьсов прягодэн для псваяепзя срадпеЗ тщйоета генэрзцга.
іпробация результатов работа
Основные рззулътага дассертящгсззоЯ работа оїрагаза в 16 пубагкацяях, и лояладазалзоь на Зсесоззнсм ееігзігрз "Налпявазо-спткческал іяашрессзя лазерных пнпульсов", г.Вяяъеес, IS88 г.; Т Всзсоазнсй коЕфврзш^а "Сш&новозоуаденше состояния з крзстаялах", г.Тсаск, 1988 г.; І а II Всесоюзном «ааюзвуиэ по радоцзош»2 плрзмодинЕмака, г.Москва, 1389, I3SI г.! II Европейской коа5аренгсжз по квантовой электропиле, г.Дрездзи, РДР, IS89 г.; V {йядународкоа коафсрешна "Перестршваеше лазеры", г.Щтухск, I9S9 г.; II Есесоїеной конференции "Обратим волнового рсэта лазерного Езлучешя в нелинейных средах", г.Шнек, IS89 г.; 71 ВсеоскзпоЭ коЕфзренщга "Оптика лазеров", г.Лзкккград, I9S0 г.; VI z VII Уездасцншпшяретх кенфзренвдях по лазерной нвуїш, г.ІЬпшеоподгс, США, 1990 г., Г.Нонтерва, ОДА. 19Э1 Г.! ксзфзрэвдЕЗ "Усоверазнствованше твердотельные лдэвры и перестраивавши лазери' , г.Солт-Лейк Сити, США, 1990 г.
Дачный вклад азтора
Основные результаты, приведенные в работе, получены семам автором, либо при его непосредственном участки.
Структура и объем диссертации
