Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор литературы 22
1.1 Кристалл YSGG:Cr3+:Yb3+:Ho3+ 22
1.2 Взаимодействие лазерного излучения с водой 28
Выводы к главе 1 32
ГЛАВА II Лазер на основе кристалла YSGG:Cr3+:Yb3+:Ho3+ 34
2.1 Режимы работы гольмиевого лазера и измерение его параметров..34
2.1.1 Гольмиевый лазер в режиме свободной генерации 35
2.1.2 Гольмиевый лазер в режиме модуляция добротности 39
2.1.3 Генерация второй и четвертой гармоники гольмиевого лазера.. 42
2.2 Оценка плотности энергии насыщения в лазере на кристалле
YSGG:Cr3+:Yb3+:Ho3+ (1=2.92 мкм), работающего в режиме модулированной добротности на одной частоте 48
2.2.1 Вывод формулы для плотности энергии насыщения в кристалле YSGG:Cr3+:Yb3+:Ho3+ на переходе 51б-517 (Я=2.92 мкм) при генерации ТЕМ00-моды с однородным распределением излучения в активном элементе вдоль оптической оси резонатора 49
2.2.2 Оценка плотности энергии насыщения в кристалле YSGG:Cr :Yb :Но на переходе 16- 17 (Х=2.92 мкм) при одночастотной генерации ТЕМооМоды 52
Выводы к главе II 59
ГЛАВА III. Однопроходный лазерный усилитель на кристалле ysgg:cr3+:yb3+":ho3+. параметры усиления данного кристалла на переходе 516->517 в режиме гиганского импульса 62
3.1 Распространение лазерного пучка. Лазерное усиление 62
3.2 Описание экспериментальной установки 67
3.3 Экспериментальные результаты 72
Выводы к главе III 78
ГЛАВА IV. Исследование решетки в воде возникающей под действием излучения лазера на основе кристалла YSGG:Cr3+:Yb3+:Ho3+С длиной волны 2.92мкм 80
4.1 Расчет зависимости распределения интенсивности зондирующего излучения после прохождения амплитудной и фазовой решетки 82
4.2 Описание эксперимента 87
4.3 Экспериментальные результаты 91
Выводы к главе IV 108
Заключение 109
Список литературы
- Взаимодействие лазерного излучения с водой
- Гольмиевый лазер в режиме модуляция добротности
- Описание экспериментальной установки
- Расчет зависимости распределения интенсивности зондирующего излучения после прохождения амплитудной и фазовой решетки
Взаимодействие лазерного излучения с водой
Основные положения выносимые на защиту
1) Получена оценка плотности энергии насыщения Г6=13.8Дж/см (точность оценки 5%) в кристалле YSGG:Cr3+:Yb3+:Ho3+ на переходе 516-517 (А,=2.92 мкм) в случае одночастотной генерации ТЕМ0о-моды. Данная величина плотности энергии насыщения Г5=13.8Дж/см определена с использованием экспериментально измеряемых величин: коэффициента отражения выходного зеркала резонатора, превышения над порогом, выходной энергии генерации и радиуса Гауссова пучка вне лазерного резонатора.
2) На основе экспериментальной зависимости энергии на выходе усилителя от входной энергии определены основные параметры усиления кристалла YSGG:Cr +:Yb +:Но3+ в режиме гиганского импульса на длине волны А,=2.92мкм для самоограниченного перехода 5І6—»5І7 :
a) Коэффициент ненасыщенного усиления ао=0.126см"1 при накачке усилителя 400Дж b) Плотность энергии насыщения Г5=12.6Дж/см2 (точность оценки 20%). 3) Исследованы свойства дифракционной решетки в воде, возникающей в результате интерференции излучения двух когерентных пучков импульса лазера на кристалле YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ (А-=2.92мкм). Экспериментально показано, что при облучении кюветы с водой импульсами трехмикронного лазера на длине волны пробного излучения (четвертая гармоника, А=0.73 мкм) наблюдаемая дифракционная решетка является фазовой и создается за счет изменения показателя преломления воды. Личный вклад соискателя Все результаты диссертации были получены Траневым В.Н лично или совместно с соавторами при его непосредственном участии. Объем и структура диссертации Обьем диссертации составляет 119 страниц, включая основной текст, 38 рисунков, список литературы из 71 наименований. Работа состоит из Введения, четырех глав, Заключения и Списка литературы.
Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы докладывались на: Международной конференции "Lasers and Electro-Optics Society meeting in San Francisco" ( San Francisco, USA, 1999); XLII научной конференции Московского физико-технического института (г.Долгопрудный, 1999); IX Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов2002" (Москва 2002); Международной конференции "International Quantum Electronics Conference 2002" (Москва, 2002); Международной конференции "Lasers, Applications and Technologies 2002 " (Москва, 2002); Международной конференции "11th international Laser Physics Workshop 2002" (Братислава, 2002); XLV научной конференции Московского физико-технического института (г.Долгопрудный, 2002).
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:
l.Yu.D.Zavartsev, A.I.Zagumennyi, M.E.Karasev, L.A.Kulevskii, A.V.Lukashev, P.P.Pashinin, P.A.Studenikm, V.N.Tranev, I.A.Shcherbakov, A.F.Umyskov, Efficient flash lamp pumped YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ laser at 3 micron. Труды международной конференции "Lasers and Electro-Optics Society meting in San Francisco" ( San Francisco, USA, 1999).
2. Yu.D.Zavartsev, A.I.Zagumennyi, N.N. Il ichev, M.E.Karasev, L.A.Kulevskii, P.P.Pashinin, V.N.Tranev, I.A.Shcherbakov, "Lazing and amplificatin in YSGG:Gr3+:Yb3+:Ho3+ crystal at self-limited transition 5Іб- 5І7 (Х=2.92дтп)", Laser Physics, Vol.11, № 12, ppl245-1248 (2001).
3. Транев B.H, Ильичев H.H, Кулевский Л.А, "Изменение рефрактивных свойств воды под действием излучения трехмикронного гольмиевого YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ лазера", Тезисы докладов IX Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов2002" (Москва 2002), с. 86.
4. N.N.Il ichev, L.A.Kulevsky, V.N.Tranev, "Estimation of saturation energy density in YSGG:Gr3+:Yb3+:Ho3+ crystal at self-limited transition 5I6 5I7 (A,=2.92um)", Труды международной конференции "International Quantum Electronics Conference 2002" (Москва, 2002) ), IQEC2002, QsuR33, p.l 17.
5. Yu.D.Zavartsev, A.I.Zagumennyi, N.N.Il ichev, L.A.Kulevsky, M.E.Karasev, P.P.Pashinin, V.N.Tranev, I.A.Scherbakov, "Amplificatin in YSGG:Gr3+:Yb3+:Ho3+ crystal at self-limited transition 5I6- 5I7 (A,=2.92um)", Труды международной конференции "Lasers, Applications and Technologies 2002" (Москва, 2002).
6. N.N.Il ichev, L.A.Kulevsky, and V.N.Tranev, "Investigation of Grating in Water Induced by 2.92 urn YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ Laser Radiation", Труды международной конференции "11th international Laser Physics Workshop 2002" (Братислава, 2002), с. 137.
7. Заварцев Ю.Д, Загуменный А.И, Карасев М.Е, Кулевский Л.А, Лукашев А.В, Транев В.Н, Щербаков И.А, Умысков А.Ф, "Параметры усиления кристалла YSGG:Cr :Yb :Но в режиме гигантского импульса на самоограниченном переходе 51б- 517". Тезисы докладов XLV научной конференции МФТИ (г.Долгопрудный, 2002), частьVIII, стрЮб.
8. N.N.Il ichev, L.A.Kulevsky, and V.N.Tranev, "Study of a Grating Induced in Water by the Radiation of a YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ Laser with a wavelength of 2.92 urn" Laser Physics, Vol.13, №2, 2003, pp.248-250.
9. Н.Н.Ильичев, Л.А. Кулевский, В.Н.Транев, Оценка плотности энергии 1 о і О і насыщения в лазере на кристалле YSGG:Cr :Yb :Но (Я,=2.92 мкм), работающего в режиме модулированной добротности на одной частоте. Квантовая электроника, №4, 2003, стр 312-314. Краткое содержание Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, отмечена научная новизна, научная и практическая значимость, приведены защищаемые положения и кратко изложено содержание диссертации по главам. ПЕРВАЯ ГЛАВА диссертации представляет собой краткий обзор теоретических и экспериментальных работ по исследованию кристалла Оі О і Or YSGG:Yb :Cr :Но , а также методик и результатов экспериментов по взаимодействию трехмикронного лазерного излучения с водой.
В первой части первой главы приведены результаты по исследованию лазера на основе кристалла YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+, полученные другими авторами. Особое внимание уделено лазерам на кристаллах, активированных ионами гольмия Но +. Приводятся данные по различным кристаллическим матрицам (YSGG, YAG, YSAG). Расмотрены методы управления излучением в гольмиевом лазере.
Гольмиевый лазер в режиме модуляция добротности
В параграфе 3.2 описана схема эксперимента по исследованию режима усиления лазерного усилителя на кристалле YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+. Также подробно приведено описание оптической и электрической схемы экспериментальной установки. В экспериментах лазер с дисперсионным резонатором на кристалле YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+, как задающий генератор, работал в режиме модуляции добротности на длине волны Х=2.92мкм с частотой повторения импульсов 1Гц и длительностью лазерного импульса 150нс по уровню половинной интенсивности. В зависимости от накачки кристалла YSGG:Yb :Сг :Но выходная энергия изменялась до 20мДж. Выходное излучение было близко к ТЕМоо моде. Данное излучение направлялось в усилитель, представляющий собой кристалл YSGG:Yb :Сґ :Ho , изготовленный в виде стержня с диаметром 5мм и длиной 95мм, помещенный в одноламповый осветитель, накачиваемый импульсной лампой от блока питания усилителя. Освечиваемая длина кристалла составляет 80мм.
Параграф 3.3 посвящен экспериментальным результатам по определению параметров усиления в режиме гигантского импульса на кристаллеYSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ на длине волны генерации А,=2.92мкм для самоограниченного перехода 5І6 5І7. В данном разделе приведены и обсуждаются результаты: -измерения поперечного распределения лазерного излучения задающего генератора, которое описывается приблизительно функцией exp(-2[x/w] ); -оценки размера пятна лазерного пучка задающего генератора, W=0.4MM; -измерения зависимости выходной энергии усилителя Eout от энергии накачки усилителя при постоянной входной энергии Еіп=10мДж в усилитель с задающего лазерного генератора; -зависимости выходной энергии усилителя Eout от входной энергии Ein в усилитель с задающего лазерного генератора при постоянной энергии накачки усилителя 400Дж; -определения коэффициента нерезонансных пассивных потерь у=0.027см-1; -оценки величины плотности энергии насыщения Г5=12.6Дж/см2 -определения начального ненасыщенного коэффициента усиления ao=ln(Go)/L=0.126см"1 при ламповой накачке усилителя 400Дж и осоЮ см"1 при накачке усилителя 800Дж; -вычисления максимально достижимой энергии, которую даст сам усилитель Еауаіі=а,оГ58Ь«32мДж ПРИ энергии накачки усилителя 400Дж Еауаи«63мДж при энергии накачки усилителя 800Дж;
ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена исследованию взаимодействия трехмикронного излучения гольмиевого лазера с водой в диапазоне стананосекундных длительностей. В данной главе исследованы свойства дифракционной решетки в воде, возникающей в результате интерференции двух когерентных импульсов длительностью 150нс излучения лазера на кристалле YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ (Х,=2.92мкм). Регистрация велась на длине волны четвертой гармоники гольмиевого лазера А,=0.73мкм. Было подтверждено изменение показателя преломления воды в области ее прозрачности при облучении импульсами трехмикронного лазера. Получена оценка изменения показателя преломления воды и возможного изменения показателя поглощения воды в видимой области спектра при облучении кюветы с водой короткими ( 100нс) импульсами гольмиевого лазера.
Параграф 4.1 посвящен теоретическому рассмотрению вопроса, связанного с зависимостью распределения интенсивности излучения после прохождения дифракционной решетки. Исследовались случаи как фазовой, так и амплитудной решетки. Приведен теоретический расчет зависимости поперечного распределения интенсивности зондирующего излучения после прохождения амплитудной и фазовой решетки.
В параграфе 4.2 изложена методика экспериментального исследования. Описана оптическая схема эксперимента по исследованию образования дифракционной решетки в кювете с водой в результате интерференции двух когерентных импульсов гольмиевого лазера (А/=2.92мкм) с длительностью 150нс. Излучение YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ лазера, работавшего в режиме активной модуляции добротности на длине волны 2.92 мкм, расщеплялось на два пучка приблизительно равной интенсивности. Параллельно одному из пучков распространялось излучение четвертой гармоники с длиной волны 0.73 мкм. Во втором пучке стояла кремниевая пластина для поглощения четвертой гармоники. Два луча с длиной волны 2.92 мкм сводились под углом около 1.6 град в кювете с кварцевыми окнами на границе кварц-вода. Толщина кюветы была 6 мм. Диаметр пучков был около 1 мм, энергия в каждом пучке 1.6 мДж, длительность импульса около 100 не. В плоскости кварц-вода в месте падения ИК излучения возникала интерференционная картина в виде чередующихся полос интенсивности. Коэффициент поглощения воды вблизи максимума составляет 1.3 10 см" , поэтому изменение показателя преломления или коэффициента поглощения, вызванное действием мощного излучения, происходит в очень тонком слое воды. В направлении, поперечном по отношению к направлению распространения излучения, это изменение следует распределению интенсивности. Зондирующий пучок с длиной волны 0.73 мкм проходя через область облучения дифрагирует на пространственных изменениях показателя преломления (поглощения). Необходимо отметить, что ИК излучение проникает в кювету больше, чем на 1 мкм, так как под действием мощного ИК излучения коэффициент поглощения воды на длине волны 2.92 мкм падает. Отметим также, что излучение второй гармоники (1.46 мкм) также попадает на кювету, но его действием пренебрегается ввиду малой энергии импульса на этой частоте по сравнению с энергией ИК излучения на основной частоте. Экспериментально картина дифракции отчетливо видна глазом на бумаге, поставленной на некотором расстоянии после кюветы, причем наблюдается до 4 - 5 порядков дифракции, в зависимости от условий фокусировки ИК излучения в кювету. Образующаяся в воде решетка может быть как амплитудной, когда меняется только коэффициент поглощения, так и фазовой, когда меняется показатель преломления, либо представлять собой их суперпозицию. Для того чтобы сделать вывод о том, какая же решетка наблюдается на эксперименте, была собрана оптическая схема, которая состоит из двух фотографических объективов с фокусными расстояниями /і =35 мм и j2=85 мм. В фокальной плоскости второго объектива стояла приемная матрица CCD - камеры
Описание экспериментальной установки
Оптическая схема экспериментальной установки представлена на рис.3.3 Излучение гольмиевого лазера работающего в режиме модуляции добротности, происходит на длине волны А,=2.92мкм. Этот лазер используется как задающий генератор. Данное излучение направлялось в усилитель, представляющий собой кристалл YSGG:W :CrJ :Но , изготовленный в виде стержня с диаметром 5мм и длиной 95мм, помещенный в одноламповый осветитель, накачиваемый импульсной лампой ИНП-560А-1 от блока питания усилителя (БП-УС). Освечиваемая длина кристалла составляет 80мм. В экспериментах задающий генератор на кристалле YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ работал в режиме модуляции добротности с частотой повторения импульсов 1Гц и длительностью лазерного импульса 150нс по уровню половинной интенсивности. Выходное излучение было близко к ТЕМоо моде. В зависимости от накачки кристалла YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ выходная энергия изменялась до 20мДж.
Электрическая блок-схема установки изображена на рис.3.4 и рис.3.5 Через электрическую задержку блока управления (БУ), запускающегося от блока синхронных импульсов (БСИ) с канала ТІ, импульс идет на блок питания генератора (БП-ГЕН) и поджигает лампу накачки кристалла YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ -лазера, используемого как задающий генератор. Охлаждение этого кристалла осуществляется дисциллированной водой из помпы №1(MLM UH). Задержка на канале ТІ БСИ варьируется от ЗОмкс до 400мкс. Так же включается генератор импульсного напряжения (ГИН), запускаемый с канала ЭОС БУ, который обеспечивает открытие электрооптического затвора и развитие генерации гольмиевого лазера. Одновременно с канала ЭОС БУ идет импульс синхронизации на осциллографы С9-8. Изменение задержки импульса с канала ЭОС БУ возможно в диапазоне от 120мкс до бООмкс. Импульс синхронизации от БСИ идет на осциллограф С1-70 и вход генератора импульсов Г5-15. С генератора Г5-15 задержанный импульс идет на блок питания усилителя (БП-УС) и поджигает лампу накачки второго кристалла YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+, используемого как усилитель. Время задержки t с выхода генератора Г5-15 можно изменнять от Юмкс до ЮООмкс. Оптимальная задержка регулируется по значению конечной выходной энергии из усилителя, которая фиксируется на осциллографе. Охлаждение кристалла усилителя осуществляется помпой №2 (PS 1210 СО) с дистиллированной водой. Исследования показали, что усиление возможно только тогда, когда запуск лампы усилителя опережает запуск лампы генератора на 100-600мкс, и оптимальная задержка запуска генератора относительно запуска усилителя равна ЗООмкс. Рис.3.3 Оптическая схема эксперимента 1- активный элемент (кристалл YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+) задающего генератора; 2- электрооптический затвор на основе кристалла LiNbCb; 3- 60 LiF призма; 4- зеркало с коэффициентом отражения R=99% ; 5- выходное зеркало с коэффициентом отражения R=70%; 6-пластинка Si02; 7- линза =20см; 8-усилитель (кристалл YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+); 9- линза ґ=50см; 10- зеркало с коэффициентом отражения R=100%; 11-линза f=50cM; 12 -рассеиватель; 13,14- пироприемники. БСИ
Задающий генератор с дисперсионным резонатором генерировал на длине волны А,=2.92мкм, энергия в импульсе 15мДж, длительность импульса 150нс и радиус гауссова пучка W=1MM на растоянии 30см от выходного зеркала. На рис.3.3 представлена оптическая схема эксперимента.
Было измерено поперечное распределение интенсивности лазерного пучка с помощью узкой щели шириной 0.1мм и двух фото-детектеров, один из них измерял излучение перед щелью, а другой позади данной щели. Щель помещалась на рассоянии 30см от выходного зеркала задающего лазерного генератора. Щель сдвигалась поперек трехмикронного лазерного пучка и измерялись сигналы от двух фото-детектеров. Отношение этих двух сигналов дает поперечное распределение пучка, которое показано на рис.3.6. Кривая на рис.3.6 описывается с достаточной точностью функцией exp(-2[x/w] ), где х - поперечная координата, a w - радиус пучка.
Чтобы измерить зависимость коэффициента усиления как функцию плотности входной энергии, необходимо знать распределение излучения внутри усилителя. Для этого измерялся диаметр пятна лазерного луча после линзы 7, измеряя энергию прошедшую через диафрагму с известным диаметром. На рис.3.7 представлена зависимость пропускания диафрагмы от ее диаметра. Кривая на этом рис.3.7 описывается функцией T(r,w)= ехр(-2[x/w] ) с радиусом \у=0.4мм.
Чтобы найти у, было измерено пропускание ненакаченного усилителя Т=80.4%, что дает нам у=0.027см"1, используя выражение T=exp(-yL) при D=8CM.
Конфокальный параметр гауссова пучка внутри кристалла усилителя равен Ь=2тс\у /Аг=34.6см. Эта величина существеннее больше, чем длина кристалла усилителя (Ь=8см), так что можно пренебречь изменением плотности энергии внутри усилителя. На рис.3.8 представлена зависимость Eout от Ein при энергии накачки усилителя 400Дж (С=200мФ, U=2KB). ИЗ рис.3.8 видно, что ненасыщенный коэффициент усиления Go=2.2. Из этих данных можно получить плотность энергии насыщения Г5, решая численно уравнение (3.12) и используя Г5 как параметр подгоняемый под экспериментальные данные. На рис.3.9 показано значение F=X(E0Utj -x(Eira,L,rs))2 как функция плотности энергии насыщения. Здесь Ej"1 и Eouti измеренные входные и выходные энергия импульса и x(Ejin,L,rs) решение уравнение (3.12). Мы получили minF при следующих значениях: длина активного элемента усилителя L=8CM, радиус гауссова пучка на входе усилителя W=0.04CM, пропускание ненакаченного усилителя TQ-80.4% И пассивные потери усилителя у=0.027см1, ненасыщенный коэффициент усиления осо-0.126см" . Тогда плотность энергии насыщения Г5=12.6Дж/см . На рис.3.9 представлена функция всех этих параметров. Учитывая, что при одинаковой входной энергии коэффициент усиления меняется от импульса к импульсу в пределах 5%, а также учитывая из рис.3.9 ошибку с которой определена Г8, то точность определения плотности энергии насыщения Г5 -20%.
Извлеченная из усилителя энергия описывается уравнением (3.7) из параграфа 3.1 данной главы Eext = %sLrs (1 - є" ), где s=7tw2/2- площадь лазерного пятна внутри усилителя, L-длина усилителя, х-решение уравнения (3.12). Достижимая извлеченная энергия зависит от ос0, Г5, х и ее максимум равен (при х»1) Eavaii= oc0rssL.
На рис.3.10 представлены измерения выходной энергии усилителя Eout от энергии накачки усилителя при постоянной входной энергии Еіп в усилитель с задающего лазерного генератора. Эти измерения были выполнены без обеих линз 7 и 9 (рис.3.3). Кристалл усилителя имел 5мм в диаметре, рабочая (накачиваемая) длина кристалла Ь=80мм, входная энергия в усилитель ЮмДж в режиме гиганского импульса с длительностью импульса 150нс и излучением, близким к ТЕМ-моде, и радиусом гаусова пучка W=1MM. Максимальная энергия накачки усилителя 800Дж была ограничена параметрами лампы накачки. При данной энергии накачки 800Дж, усилитель на выходе давал около 58мДж при входной энергии равной ЮмДж и, следовательно, коэффициент усиления в этом случае G=5.8. Мы получили в нашем случае, что а0=0.126см"1, Г5=12.6Дж/см2 при энергии накачки усилителя 400Дж, S=2.51X10"3CM2, L=8CM. Eavaii при этих значениях 31.7мДж. Экспериментальное значение Eext равно Eout-Ein =14мДж ( рис.3.8) и более чем в 2 раза меньше, чем Eavaii. Это значит, что (1-е- ) =14/31.7-0.44 и х= Ein /rss =0.582 вместо х»1.
Расчет зависимости распределения интенсивности зондирующего излучения после прохождения амплитудной и фазовой решетки
Излучение YSGG:Yb3+:Cr3+:Ho3+ лазера, работавшего в режиме активной модуляции добротности на длине волны 2.92 мкм, расщеплялось на два пучка приблизительно равной интенсивности. Параллельно одному из пучков распространялась четвертая гармоника с длиной волны 0.73 мкм. Во втором пучке стояла кремниевая пластина для поглощения четвертой гармоники. Два луча с длиной волны 2.92 мкм сводились под углом около 1.6 град в кювете с кварцевыми окнами на границе кварц-вода. Толщина кюветы была 6 мм. Диаметр пучков был около 1 мм, энергия в каждом пучке 1.6 мДж, длительность импульса около 100 не. В плоскости кварц-вода в месте падения ИК излучения возникала интерференционная картина в виде чередующихся полос интенсивности. Коэффициент поглощения воды вблизи максимума составляет 1.3 10 см"1 [31], поэтому изменение показателя преломления или коэффициента поглощения, вызванное действием мощного излучения, происходит в очень тонком слое воды. В направлении, поперечном по отношению к направлению распространения излучения, это изменение следует распределению интенсивности. Зондирующий пучок с длиной волны 0.73 мкм проходя через область облучения дифрагирует на пространственных изменениях показателя преломления (поглощения). Необходимо отметить, что ИК излучение проникает в кювету больше, чем на 1 мкм, так как под действием мощного ИК излучения коэффициент поглощения воды на длине волны 2.92 мкм падает [16, 35]. Отметим также, что излучение второй гармоники (1.46 мкм) также попадает на кювету, но его действием пренебрегается ввиду малой энергии импульса на этой частоте по сравнению с энергией ИК излучения на основной частоте.
Экспериментально картина дифракции отчетливо видна глазом на бумаге, поставленной на некотором расстоянии после кюветы, причем наблюдается до 4 - 5 порядков дифракции, в зависимости от условий фокусировки ИК излучения в кювету.
Образующаяся в воде решетка может быть как амплитудной, когда меняется только коэффициент поглощения, так и фазовой, когда меняется показатель преломления, либо представлять собой их суперпозицию. Для того чтобы сделать вывод о том, какая же решетка наблюдается на эксперименте, была собрана оптическая схема, которая состоит из двух фотографических объективов с фокусными расстояниями/і =35 мм и/2=85 мм (см. рис.4.6). В фокальной плоскости второго объектива стояла приемная матрица CCD - камеры. Таким образом, фокальная плоскость первого объектива отображалась в фокальную плоскость второго объектива независимо от положения первого объектива. Тогда, настроив первый объектив на плоскость кварц — вода, можно определить, имеется ли поглощение для пробного излучения с длиной волны 0.73 мкм, которое обусловлено действием ИК излучения на воду. Если поглощение имеется, то интерференционные полосы ИК излучения в плоскости кварц - вода должны проявиться на изображении этой плоскости. Если поглощение отсутствует, то при такой настройке полос быть не должно. При этом необходимо обеспечить отсутствие виньетирования в объективах, что в нашем случае специально контролировалось.
На рис.4.7 и рис.4.8 представлены результаты экспериментов наблюдения дифракционной решетки с двумя обьективами №1 и №2. В данной части экспериментов в качестве объектива №2 используется объектив Юпитер-9 ґ=85мм. На рис.4.7 объектив №1 настроен на объектную плоскость кварц-вода, где расположена исследуемая дифракционная решетка. На рис.4.8 представлены фотографии, полученные при разных настройках первого объектива. Обьектив №1 настроен на объектную плоскость на расстоянии L мм от плоскости кварц-вода. Подобные фотографии позволяют измерить контраст полос С и оценить изменение показателя преломления An. Из этих рисунков видно, что в воде под действием ИК излучения образуется решетка
На рис.4.10 и рис.4.11 показаны результаты экспериментов наблюдения дифракционной решетки без объектива №2; используется только один обьектив №1 (Гелиос 33 2/35). Плоскость изображения находится в фокальной плоскости объектива №1, в которой расположена CCD камера. На экране монитора можно наблюдать дифракционную картину обьектной плоскости. На рис.4.10 стрелкой показано положение второго луча, который перекрыт для длины волны 0.75 мкм, но излучение с длинами волн 2.92 мкм и 1.5 мкм проходят. Нулевой порядок дифракции - самый интенсивный. Линия сканирования показана на рисунке. На рис.4.11 присутствуют все лучи.
На рис.4 Л 2 и рис.4.13 и рис.4.14 приведены результаты экспериментов по наблюдению дифракционной решетки с двумя объективами №1 и №2. В данной части экспериментов в качестве объектива №2 используется обьектив Юпитер-8 2/50 с фокусным расстоянием ґ=50мм. Расматриваемая объектная плоскость находится в фокальной плоскости объектива №1, плоскость изображения находится в фокальной плоскости объектива №2 (Юпитер-8 2/50), в которой помещается CCD камера, передающая изображение на монитор. На рис.4.12 объектная плоскость (фокальная плоскость объектива №1) совпадает (или близка с точностью лучше 200 мкм) с входной плоскостью раздела кварц - вода. Регистрация ведется на длине волны четвертой гармоники гольмиевого лазера (А,=2.92 мкм). Контраст равен 0, что указывает на наличие фазовой, а не амплитудной дифракционной решетки. На рис.4.13 объектная плоскость находится на +4 мм от плоскости кварц-вода (знак + в направлении распространения излучения). Контраст равен 0.201. На рис.4.13 объектная плоскость находится на -4 мм от плоскости кварц-вода (знак + в направлении распространения излучения). Контраст в данном случае равен 0.094.
