Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Значительный прогресс достигнутый в настоящее время в таких областях науки и техники, как нелинейная оптика, прецизионная интерферометрия, спектроскопия высокого разрешения, лазерная физика ставит задачу разработки непрерывных лазерных источников излучения с высокими пространственными (ТЕМоо? мода, дифракционная расходимость излучения), спектральными (одночастотный режим генерации) и поляризационными свойствами. Наряду с этим, технологические успехи в разработке и изготовлении мощных полупроводниковых лазеров* используемых в качестве источников накачки, позволяют уменьшить размеры и резко повысить эффективность таких систем. Использование монолитной конструкции резонатора позволяет существенно улучшить стабильность частоты (до 40 кГц за 8 мин ) и амплитуды генерируемого излучения (до 0.01%) за счет уменьшения технических флуктуации и флуктуации излучения накачки.
Для ряда применений, таких, например, как интерферометрия высокого разрешения или для исследования неклассических (сжатых) состояний света помимо частотной стабильности излучения и длины когерентности, существенную роль играет такя«е стабильность интенсивности излучения и состояние поляризации лазерного источника.
Мощность современных высокостабильных лазеров с накачкой лазерными диодами составляет десятки-сотни миливатт. Для некоторых приложений, например, дистанционное измерение скорости, требуются много большие мощности при сохранении ширины линии излучения и стабильности частоты, то есть актуальной остается задача усиления высокостабильного излучения. При этом, в зависимости от конкретного приложения усилитель мощности может быть как непрерывным, работающим в регенеративном режиме, так и импульсным. В обоих случаях важным является вопрос о сохранении стабильности частоты усиливаемого излучения. Несмотря на хорошо развитую теорию и технику усиления одночастотного излучения в импульсных твердотельных усилителях, детальное изучение факторов приводящих к сдвигу частоты и
возможностей их компенсации представляется весьма важным с практической точки зрения.
Прогресс в развитии лазеров с накачкой лазерными диодами стимулировал, также, разработку новых эффективных нелинейно-оптических устройств по преобразованию частоты во вторую гармонику и параметрических генераторов света (ПГС). Такие устройства, созданные на основе монолитных кольцевых резонаторов, помимо очень высоких КПД (до 69% для генерации второй гармоники в непрерывном режиме), имеют, практически, такую же ширину (-10 кГц) и стабильность линии генерации, как и исходное излучение. Поэтому изучение возможностей повышения частотной стабильности лазерного излучения, в частности, с помощью нелинейно-оптических преобразователей, является весьма актуальным. Ниже будут рассмотрены условия при которых стабильность генерируемых частот в процессе параметрической генерации света может быть выше как стабильности собственных частот резонатора ПГС, так и стабильности частоты накачки.
Целью настоящей диссертационной работы является разработка и изучение параметров излучения монолитных одночастотных AHr:Nd лазеров с диодной накачкой, а также исследование факторов определяющих стабильность частоты при усилении этого излучения в импульсном линейном усилителе и при параметрическом преобразовании.
-
Предложена и реализована градиентная цилиндрическая линза с профилированным входным торцом система для согласования астигматического пучка излучения диодного лазера и круговой ТЕМоо3 моды линейного резонатора.
-
Развита теория усиления монохроматического лазерного излучения при его распространении через линейный усилитель, в том числе в режиме насыщения усиления, на основании которой проведены расчеты амплитуды и сдвига частоты усиливаемого излучения. В сдвиге частоты выделены нерезонансная (термооптическая) и резонансная компоненты. Первая компонента связана с температурной зависимостью
показателя преломления и термическим расширением активной среды. Вторая компонента обусловлена нестадионарностью инверсии населенности и спектроскопических параметров активной среды (ширины и центральной частоты линии усиления).
-
С помощью созданной автоматизированной экспериментальной установки измерены резонансные и термооптические компоненты сдвига частоты усиливаемого излучения при различных режимах усиления. Проанализирована возможность уменьшения суммарного сдвига частоты за счет вычитания резонансной и нерезонансной компонент.
-
Развита теория диапазонной стабилизации частоты в двурезо-нансном параметрическом генераторе света. Показано, что такой генератор обладает свойством подавления флуктуации частот генерируемых волн, возникающих из-за флуктуации частоты накачки и длины резонатора. Определены максимально допустимые значения изменения длины резонатора и уходов частоты накачки для обеспечения указанного режима работы двурезонансного параметрического генератора света, которые составляют соответственно (ЬЬ)СГ « 10~8 см и (бшз)сг s И кГц. Показано, что при этом коэффициент подавления технических флуктуации может достигать величины порядка 103.
Предложенный в диссертации метод согласования астигматического пучка излучения диодного лазера и круговой ТЕМоод моды линейного резонатора может найти применение в согласующих устройствах для ввода излучения в волоконнооптические ляции, а так же при конструировании микролазеров с диодной накачкой.
Разработанный источник одночастотного излучения с высокой амплитудной стабильностью может быть использован в исследованиях неклассических (сжатых) состояний света.
Развитые в диссертации экспериментальные методы регистрации малых фазовых сдвигов оптического излучения могут применяться в задачах прецизионной интерферометрии.
Предсказанный эффект диапазонной стабилизации частоты света в двурезонансных параметрических генераторах может быть использован
для создания перестраиваемых по частоте высокостабильных источников когерентного излучения.
