Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Идея применения резонансных фазово-поляризационных методов во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (ВРЛС) эффективно эксплуатируется уже достаточно длительное время. Однако ранее выполненные исследования были направлены на разработку основ внутрирезонаторных фазово-поляризационных методов и применены для спектроскопии и управления параметрами генерируемого излучения при использовании ограниченного круга явлений, вызывающих анизотропию среда. Использовалось, в основном, магнитное и в нескольких работах -электрическое поле. Изучались лишь одноквантовые переходы в средах. Между тем, круг явлений, перспективных для применения и изучения методами фазово-поляризационной ВРЛО и, в связи с этим, возможности таких методов значительно пире. Например, большой интерес для ВРЛС представляют различные одно- и двухфотонные светоиндуцированные резонансы, ранее исследовавшиеся только внерезонаторными методами. Не изучались методами ВРЛС и магнитооптические явления на частотах двухфотонных переходов, хотя очевидна перспективность именно внутрирезонаторного исследования двухфотонных процессов. Наконец, значительный интерес представляет исследование сильнопоглощающих сред с индуцированной внешним магнитным полем анизотропией. Таким образом, к моменту начала представляемого в данной диссертации цикла работ созрели необходимость и предпосылки применения высокочувствительных методов внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для исследования разнообразных поляризационных резонансов в поглощающих средах. Кроме того, так как рассматриваемые резонансы оказывают существенное влияние на спектрально-энергетические характеристики генерируемого лазером излучения, понятен интерес к ним с точки зрения решения такой важнейшей задачи лазерной физики, как разработка новых способов управления параметрами генерации лазеров.
Связь работы с крупныыи научными программами. Работа выполнялась в рамках тем республиканских программ важнейших НИР "Лазер 2.70. Разработка автоматизированных оптических приборов для исследования кинетики быстропротекающих процессов, а также для
изучения состава вещества" (I98I-I985 гг.). "Спектроскопия 2.40. Развитие фазовых и фазово-поляризационных мєтодое внутрирезонаторной спектроскопии" (1986-1988 гг.), "Лазер 3.04. Исследование физических процессов в лазерах и разработка способоЕ управления параметрами генерируемого излучения" (І99І-І995гг.), г также х/д № Ф29-206 "Взаимодействие электромагнитных вож оптического диапазона с динамическими резонансными системами" с Фондом фундаментальных исследований Республики Беларусь (1992-1992 гг.).
Целью настоящей работы является развитие фазово-поляризационных методов ВРЛС и их распространение на исследование одно- и двухфотонных магнито- и светоиндуцированных резонансны? поляризационных явлений в атомарных поглощающих газовых средах, выяснение закономерностей образования обусловленных такими явлениями резонансов в спектрах генерируемого излучения, а также разработка методов, основанных на использовании подобнш резонансов, для определения оптических характеристик поглощающий сред и управления параметрами генерации широкополосных лазеров.
Научная новизна полученных результатов.
Теоретически и экспериментально исследованы спектрально-энергетические характеристики излучения широкополосного лазера, содержащего в анизотропном резонаторе двухфотонно поглощающун атомарную газовую среду в продольном магнитном поле. Впервые экспериментально зарегистрирован новый нелинейны! магнитооптический эффект - вращение намагниченной поглощающеї средой плоскости поляризации излучения на частотах двухфотонныз переходов.
-Изучено влияние анизотропии резонатора лазера не чувствительность ВРЛС при исследовании данного эффекта. Показань возможности использования двухфотонного вращения плоскості поляризации света для увеличения чувствительности внутрирезонаторной лазерной спектроскопии двухквантовых переходої и управления параметрами генерации вблизи указанных частот.
' Экспериментально и теоретически исследованы характеристик! генерации лазера на красителе, содержащего в резонаторе поглощающую среду большой оптической плотности в продольж» магнитном поле. При этом обнаружены перестраиваемые магнитнш полем резонансы мощности излучения внутри абсорбционных провалов і спектре генерации. Показано, что эти резонансы обусловлен!
вращением плоскости поляризации излучения в намагниченной среде.
Разработана методика определения оптических плотностей и концентраций сильнопоглощащих газовых сред, основанная на использовании магнитооптических резонансов в спектрах излучения лазера. Экспериментально на примере определения оптической плотности паров калия на частотах резонансного дублета при различных температурах продемонстрирована эффективность данной методики.
Экспериментально методами фазово-поляризационной ВРІС исследованы поляризационные резонансы, индуцируемые в поглощающей среде (пары калия) сильной световой волной. Впервые при использовании таких резонансов получены сужение до ІСГ2 нм и захват (привязка) спектра генерации к линиям одно- и двухфотонного поглощения паров калия. Вообще селекция генерируемых частот в области линий двухфотонного поглощения при этом осуществлена впервые. Изучена эффективность захвата при различных поляризациях сильной волны.
Варьированием параметров поглошающей среды и анизотропии резонатора реализованы различные режимы привязки, что предложено использовать для управления спектром генерации такого лазера на частотах одно- и двухфотонных переходов.
Научная значимость полученных результатов определяется тем, что они раскрывают широкие перспективы использования высокочувствительных фазово-поляризационных методов внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для исследования разнообразных резонансных поляризационных явлений в поглощающих атомарных газовых средах. Так, с использованием этих методов в работе обнаружены и исследованы вращение плоскости поляризации излучения на частотах двухфотонного поглощения среды в магнитном поле, магнитооптические резонансы мощности генерации лазера, содержащего в резонаторе оптически плотную среду.
Перспективна для практического применения предложенная в работе методика определения оптических плотностей сильнопоглсщаю-щих сред.
Результаты проведенных исследований могут быть использованы для увеличения чувствительности ВРЛС двухфотонных переходов.
Предложенный метод селекции генерируемых частот в области одно- и двухфотонного поглощения среды со светоиндуцированной анизотропией может быть применен при решении ряда задач лазерной
спектроскопии и лазерной физики.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Наложение продольного магнитного поля на помещенную в резонатор широкополосного лазера сильнопоглощающую атомарную газовую среду приводит при наличии собственной линейной амплитудной анизотропии резонатора к возникновению внутри абсорбционных провалов в генерируемом спектре узких пиков генерации, расположенных парами симметрично относительно центра контура поглощения.
-
Расстояние между пиками генерации каждой пары внутри абсорбционных провалов зависит от напряженности магнитного поля и ряда спектроскопических констант исследуемой среды, что может быть использовано для определения больпшх (до ~10* и выше) оптических плотностей сред.
3. Наложение продольного магнитного поля на двухфотонно
поглощающую среду, помещенную в резонатор широкополосного лазера,
обладающего собственной линейной амплитудной и циркулярной фазовой
анизотропией, приводит к асимметрии зависимости спектрально-
энергетических характеристик генерируемого лазером излучения от
величины фазовой анизотропии, что можно использовать для
экспериментальной регистрации обусловленного магнитным полем
вращения газовой средой плоскости поляризации излучения на
частотах двухфотонного поглощения.
4. Резонансная анизотропия, индуцируемая сильной
электромагнитной волной в поглощающей среде, помещенной в
анизотропный резонатор широкополосного лазера, может
использоваться для эффективного управления параметрами генерации
такого лазера на частотах одно- и двухфотонного поглощения среды.
Личный вклад соискателя. Основные результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. Научные руководители А.П.Войтович и В.В.Машко сформулировали и поставили задачу исследований, оказывали методическую помощь при ее выполнении, участвовали в обсуждении результатов исследований. А.Ч.Измайлову принадлежит расчет компонент тензора восприимчивости поглощающей среды и участие в обсуждении результатов исследований, проведенных в работах [2,3,9,11]. Другие соавторы занимались изучением вопросов, не вошедших в настоящую диссертацию.
Апробация результатов диссертации. Результаты изложенных в диссертации исследований докладывались на X Международной
Вавиловской конференции по нелинейной оптике (г. Новосибирск, 1990), 25 конференции E.G.A.S. (г. Каен, Франция, 1993), VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (г. Ленинград, 1990), на I рабочем совещании "Нелинейные и когерентные эффекты в методе внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (ВРЛС)" (г. Кировоград, 1988) и Втором всесоюзном совещании по нелинейным и когерентным эффектам во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (г. Ленинград, 1991), на II Всесоюзной научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение измерений частотных и спектральных характеристик излучения лазеров" (г. Харьков, 1990), а также на Республиканской конференции молодых ученых по физике (г. Минск, 1984), III Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов (г. Ленинград, 1988), IX Республиканской конференции молодых ученых (г. Вильнюс, 1989), X Республиканской конференции молодых ученых "Квантовая электроника и спектроскопия" (г. Паланга, 1990), II Межреспубликанской школе-семинаре молодых ученых (г. Минск, 1990) и Республиканской конференции молодых ученых по квантовой электронике (г. Минск, 1994).
Результаты исследований опубликованы в восьми статьях, одном препринте и семи тезисах докладов конференций.
Структура и объеы диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, выводов и списка использованных источников. Объем диссертации составляет 123 страницы, в том числэ 75 страниц текста, 33 иллюстрации, 15 страниц списка использованных источников, включающего 148 наименований.
