Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
.I. Вынужденное многофотонное рассеяние 9
2. Резонансная самофокусировка и фазовая модуляция . . 18
3. Частотно-угловая диффузия квазирезонансного из лучения 23
4. Постановка задачи 28
ГЛАВА II. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
I. Одномодовый импульсный лазер на красителе 31
2. Бихроматический лазер 37
3. Объект исследования 40
4. Регистрирующая аппаратура и методика регистрации и обработки спектрограмм и интерферограмм 43
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ЧАСТОТНО-УГЛОВОЙ ДИФФУЗИИ МОЩНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, КВАЗИРЕЗОНАНСНОГО ПЕРЕХОДУ 35,/2-ЗР3/& АТОМА НАТРИЯ.
I. Изучение процессов, приводящих к уширениго линии излучения, прошедшего через резонансную среду ... 47
2. Условия обнаружения конического рассеяния 55
3. Основные соотношения 58
4. Результаты экспериментального исследования конического излучения вблизи частоты перехода атома натрия 61
5. Исследование поперечных сечений пучков взаимо действующих волн внутри кюветы с парами натрия . . 69
6. Эксперименты с пробным полем 73
7. Сопоставление с другими работами 78
ГЛАВА ІV. ОСОБЕННОСТИ ЧЕТЫРЕХФОТОННОГО ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО
РАССЕЯНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ДУБЛЕТНЫМ РАСЩЕПЛЕНИЕМ РЕЗОНАНСНОГО УРОВНЯ АТОМА НАТРИЯ.
I. Введение 83
2. Коническое излучение вблизи частоты перехода атома натрия 84
3. "Боковые" области параметрического усиления ... 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 101
ЛИТЕРАТУРА , . . 104
- Вынужденное многофотонное рассеяние
- Одномодовый импульсный лазер на красителе
- Изучение процессов, приводящих к уширениго линии излучения, прошедшего через резонансную среду
- Коническое излучение вблизи частоты перехода атома натрия
Вынужденное многофотонное рассеяние
. Нелинейные эффекты, связанные с воздействием квазирезонансного излучения на вещество, могут приводить к появлению в рассеянии новых спектральных компонент. Как показано в работе /257,в наиболее изученном случае прохождения через пары калия излучения отоксового ВКР в нитробензоле от рубинового лазера в излучении и поглощении наблюдается шесть линий. Количество этих линий и их положение в спектре объясняется в рамках представлений о переходах атомов между квазиуровнями системы расщепленных уровней. В традиционной классификации радиационных процессов отмеченные линии связываются с многофотонными процессами различных порядков. Одним из таких эффектов является комбинационное рассеяние света. Применение лазеров позволило наблюдать вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР). Первые работы, связанные с изучением резонансных процессов в газах, появились в середине 60х годов. В большинстве этих работ объектом служили пары калия, у которого переходы ЧР-GS и Ч5-ЧР близки к частоте излучения рубинового лазера и его стоксовой компоненты ВКР в нитробензоле. наблюдении процесса ВКР на электронных переходах атомов калия почти одновременно сообщалось Мовсесяном с сотр. /І47 и группой фирмы ГОЛ (США) [\ъ] Схема процесса вынужденного электронного комбинационного рассеяния (ВЭКР) на уровнях тонкой структуры перехода ys-чр атома калия изображена на рис. І. В обоих экспериментах пары атомов щелочного металла возбуждались излучением первой стоксовой компоненты ВКР в нитробензоле. Её частота (& = 13055 см ) отстоит от частоты резонансного перехода 4 Рз/г ( з/о 13043 см )х атома калия на 12 см В прошедшем свете наблюдалась линия ВЭКР с частотой A s = I3II3 см , боль -шей СО / на величину тонкого расщепления резонансного терма
Процесс ВЭКР между возбужденными уровнями имеет место благодаря заселению уровня 1/лз/2 в результате трехфотонного рассеяния, а также непосредственному поглощению параметрически уширенного возбуждающего излучения. Важность резонанса в этом явлении подчеркивают последующие работы /І6,26,27/ , где ВЭКР возбуждается только излучением первой стоксовой компоненты ВКР нитробензола и второй стоксовой компоненты ВКР хлороформа в случае калия и первой стоксовой компоненты ВКР хлоропрена в случае рубидия (переход 3 Рз/Ґ 5Рі/ h несмотря на то, что в падающем излучении присутствуют другие не менее интенсивные линии, такие как первая стоксовая компонента ВКР хлороформа, вторая стоксовая компонента ВКР хлоропрена.
Одномодовый импульсный лазер на красителе
Первоначально наибольшее распространение в импульсных Ж получила схема селективного резонатора, включающая в себя диф -ракционную решетку в автоколлимационной установке и призменный или линзовый телескоп /9l/ В работах /92,93/ была предложена более простая схема - решетка в скользящем падении с дополнительным зеркалом. Установка решетки под большим углом падения обеспечивает большую угловую дисперсию. Благодаря высокому коэффициенту усиления красителя в такой схеме можно получить генерацию несмотря на низкий (несколько процентов) коэффициент отражения решетки в скользящем падении.
В наших экспериментах использовался Ж, резонатор которого состоит из решетки в скользящем падении и отражающего интерферометра Троицкого (ОИТ) /94/ Схема лазера представлена на рис.5. Мощность импульса лазера накачки составляла 300 кВт ( А =337нм), длительность импульса - 10 не. Одна четвертая часть пучка азотного лазера фокусировалась цилиндрической линзой в кювету 3 дли-ной I см с раствором красителя (концентрацией 4 10 ), остальное излучение направлялось в кювету усилителя 8. В качестве решетки 4 использовалась либо реплика нарезной решетки 1200 шт/мм, либо голографическая решетка 2000 шт/мм. Решетка 1200 шт/мм имела ширину 28 мм и угол блеска 26. Для неё был измерен коэффициент отражения в первом порядке в зависимости от угла скольжения.При угле скольжения 2,1 коэффициент отражения составил 4,6$, при 0,95 - 3,6%, при 0,57 - 1,4%. Измерения проводились на длине волны 633 нм. Длина резонатора Ж составляла 10 см.
ОИТ состоял из двух компонентов. Переднее зеркало 2 представляло собой тонкослойную никелевую пленку с диэлектрическими покрытиями на плоской подложке, закрепленной на пьезокерамике. Параметры ОИТ для длины волны 633 нм составили: коэффициент отражения в максимуме 60 %, в минимуме 0,95 %, относительная ширина максимума на полувысоте 0,024.
Излучение, сконцентрированное в первом порядке дифракционной решетки, отражалось от алюминиевого зеркала 5; поворотом этого же зеркала производилась перестройка длины волны излучения Ж от 570 нм до 600 юл.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ЧАСТОТНО-УГЛОВОЙ ДИФФУЗИИ МОЩНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, КВАЗИРЕЗОНАНСНОГО ПЕРЕХОДУ 35,/2-ЗР3/& АТОМА НАТРИЯ.
Изучение процессов, приводящих к уширениго линии излучения, прошедшего через резонансную среду
Как следует из обзора литературы (глава І), в большом числе работ (см. например/19,25,29,58,59,66/) исследовалось изменение спектрального и углового распределения мощного квазимонохроматического излучения при его взаимодействии с резонансной средой. В упомянутых экспериментах возбуждающее излучение имело большую ширину спектра (5-Ю см"1), а во многих работах его частота не перестраивалась. В данном параграфе проведены исследования изменения и расходимости одномодового перестраиваемого по частоте лазерного излучения при распространении его через пары натрия в условиях отстроек от частот переходов 3&,/ ЗР3, 84,85 . S23/, 1/Г" . з/г fa = ї 15 см» в этом случае процесс возбуждения среды можно считать стационарным, поскольку выполняется условие S2.3, у « f , где Т" - длительность им -пульса Ж.
Эксперименты показали, что спектральные и угловые характеристики лазерного излучения значительно изменяются при прохождении его через пары натрия. На рис. II изображен контур линий прошедшего излучения, полученный при регистрации с помощью двойного монохроматора и ФЭУ по точкам. Кривая I на рис. II соответствует падающему излучению. Нижняя часть кривой I относится к "подкладке" в спектре Ж, которая осталась после предварительной монохроматизации излучения. Спектр прошедшего через пары натрия излучения (кривая 2 на рис. II) имеет сложную форму. Он состоит из пика шириной несколько обратных сантиметров и крыльев шириной в десятки обратных сантиметров. Интенсивность крыльев на два-три порядка меньше, чем пика. Такое уширение наблюдается как при положительных, так и при отрицательных отстройках от резонансных линий. Величина уширения как крыльев, так и пика растет с уменьшением расстройки лазерной частоты от резонанса, а также при увеличении мощности лазера или плотности паров натрия. Было замечено, что при уменьшении отстройки, а также при увеличении мощности лазера или плотности паров интенсивность пика падает, в то же время интенсивность крыльев растет.
Мы измерили энергию излучения в крыле уширенной линии в зависимости от интенсивности лазера. С этой целью с помощью двойного монохроматора выделялся участок рассеянного излучения вблизи СО = 16967 см"1 либо oJ = 16987 см при частоте лазерного излучения с ь - 16982 см . Таким образом, измерения проводились на частотах, отсутствоваших в спектре падающего излучения. Зависимость энергии в крыльях линии от интенсивности падающего излучения оказалась близка к квадратичной. Этот факт указывает на то, что в условиях линейного усиления крылья линии могут возникать в результате четырехфотонного рассеяния. В этом процессе поглощаются два фотона на лазерной частоте, а излучаются кванты на новых частотах: 2. сд/_ - cOf -f- сО f образующие крылья.
Коническое излучение вблизи частоты перехода атома натрия
Когда частота сильного поля СО лежит в У, УІ диапазонах, т.е. вблизи частоты перехода 3S /г ЗР /г » ИР0 плот-при значениях частоты cOL , лежащих в диапазонах I (а), II (б), Л (в), ЛІ (г) /70/ . Приведены верхние половины диаграмм. ностях атомов натрия N - 10 - 10 см""3 и интенсивноетях возбуждающего излучения в фокальной плоскости 0,1 МВт/cwr возникает рассеянное излучение, направленное по образующей конуса. Характерная частотно-угловая диаграмма рассеянного излучения для такого случая приведена на рис. 29, Распределение интенсивности относительно нулевого угла симметрично и на рис.29 приводится только половина диаграммы.
В центре диаграммы видна сильно уширенная лазерная линия ti u . Это уширение связано с ЧИІР вблизи частоты сильного поля, а также с фазовой модуляцией излучения ( I главы III). Ветвь рассеяния, занимающая область частот » и расположенная в левом верхнем углу спектрограммы, отвечает коническому излучению. Ее форма имеет вид дуги, концы которой с одной стороны примыкают :к линии- поглощения f/z , с другой - к линии трехфотонного рассеяния зр =2- i. % , а выпуклость обращена в сторону малых углов (см. рис. 28в, ветвь I). Описанный вид ветви рассеяния наблюдался в наших экспериментах лишь при низких плотностях паров натрия (И/ 10 см""3). При более высоких концентрациях А/ структура ветви рассеяния "замывается". Возможной причиной "замывания" может быть участие в ЧШР многих спектральных компонент сильно уширенной в этом случае линии возбуждающего излучения.
На рис. 17 (кривая 2) (см. стр. 65") приведены результаты измерений положения по частоте максимума интенсивности конического излучения относительно линии поглощения i/z при различных отстройках S2 fa .В отличие от ситуации около линии « , здесь симметрии 2р-2//ъе наблюдается.
Углы конического излучения при наличии в спектре прошедше-го излучения линии 0)3(р зависели от падающей мощности /і Так, при ослаблении PL в шесть раз угол для фиксированной
