Введение к работе
Актуальность темы. Для решения ряда практических задач (контроль загрязнений в атмосфере, оптическая связь, спектроскопический анализ сложных, малоизученных газообразных веществ и отдельных молекул, накачка лазеров дальнего инфраекрасного диапазона и др.) широкое применение получили перестраиваемые по частоте волноводные СОа-лазеры. В значительной мере это обусловлено способностью излучения проходить через чистую атмосферу и перекрытием, представляющих интерес молекулярных линий в диапазоне 9-12 мкм, высоким удельным знергосъемом, КПД, компактностью и жесткостью конструкции, большим диапазоном плавной (в пределах генерируемого перехода) перестройки, что выгодно отличает их от СОд_ лазеров низкого давления.
Предметом исследований в данной диссертации является изучение частотно-селективных свойств дисперсионных резонаторов вол-нозодного типа. Под этими свойствами понимается зависимость потерь резонатора от частоты или длины волны излучения. Результаты исследований дают глубокое . понимание физики формирования поля излучения, позволяют решать проблемы, связанные, с увеличением диапазона перестройки, управлением лазерным автографом, получением и сохранением высокого качества поперечного распределения интенсивности излучения в жестких условиях эксплуатации лазеров. К началу работы такой подход в решении названных проблем носил частный характер, либо полностью отсутствовал.
Из известных конддігураций дисперсионных волноводных резонаторов, наиболее распространенной является конфигурация I, для которой характерно расположение зеркала и дифракционной решетки вблизи торцов волновода. Это определяется ограничением диапазона перестройки областью свободной спектральной дисперсии резонатора и как следствие необходимостью обеспечения минимальной разницы между длиной резонатора и длиной разрядного промежутка. В ранних публикациях рассматривались в основном резонаторы с круглым поперечным сечением волновода. В настоящее время основные перспективы применения волноводных лазеров связаны с использованием высокочастотного (ВЧ) способа накачки активной среды. Наиболее эффективна ВЧ накачка в лазерах с планарным волноводом или вол-
новодом прямоугольного сечения. Кроме того, изготовление таких волноводов технологически проще. В этой связи возникла необходимость исследования частотно-селективных свойств резонаторов* конфигурации I именно с такими волноводами.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния параметров резонатора на структуру поперечного распределения интенсивности излучения волноводного C0Z лазера с дифракционной решеткой; исследование частотно-селективных свойств резонаторов конфигурации I с планарным волноводом квадратного сечения; исследование критичности волноводного СО лазера к разъ-юстировке; изучение возможности , использования селективных свойств волноводного резонатора для управления лазерным автографом.
Научная новизна работы.
-
Исследовано влияние геометрических параметров волноводного резонатора на структуру поперечного распределения интенсивности излучения лазера. Определены условия минимальной чувствительности волноводного резонатора к разъюстирэвке.
-
В рамках восьмимодового рассмотрения проведен расчет селективных потерь резонатора с волноводом планарной геометрии и дифракционной решеткой. ,
-
Изучены способы обеспечения надежной селекции рабочих переходов волноводного СОглазера, основанные на результатах расчета селективных потерь резонатора.
-
Экспериментально определены селективные свойства резонаторов волноводного COj, лазера с дифракционной решеткой и квадратной геометрией поперечного сечения волновода.
-
Разработаны перестраиваемые по частоте водноводные С0г лазеры, сочетающие в себе широкий диапазон плавной перестройки, а в ряде конструкций и высокий уровень выходной мощности.
-
Обнаружен и объяснен эффект нарувения порядка следования переходов с малым значением вращательного квантового числа J при изменении угла наклона дифракционной решетки.
Практическая ценность. Результаты.проведенных'исследований позволяют надлежащим образом подходить к разработке и создания) волноводных С0А'лазеров. Разработаны и созданы компактные, автономные Еолноводные СО лазеры с управляемым лазерным автогра-
фом. Результаты работы были использованы при создании измерителя концентраций аммиака в выбросах ТЭС, внедренного на промышленном предприятии.
' Вклад автора. Изложенные в работе результаты получены автором лично или в соавторстве при его непосредственном участии.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 5-й Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (г.Ленинград, 1988 г.), на 2-й Всесоюзной научно-технической конференции "Метрологическое обеспечение измерений частотных и спектральных характеристик излучения лазеров" (г.Харьков, 1990 г.), на 16-й Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам (г.Лозанна, Швейцария, 1991 г.), на семинарах ШФИ, Физического института им. П. Н. Лебедева РАЕ
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Работа изложена на 106 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и список использованной литературы из 71 наименования.
