Введение к работе
-1-I.
Актуальность темы. Проблема создания лазеров со стабильными генерационными характеристиками встала перед исследователями уже на самых ранних этапах развития квантовой электроники. И если для газовых лазеров она к настоящему времени практически решена, то для твердотельных лазеров (ТЛ) эта проблема еще далека от зэверзе::::".
Твердотельные лазеры на гранате с неодимом (YAG:Nd3+) обладают удачным сочетанием механических, физических и спектрально-люминесцентных свойств активной среды, позволяющих реализовать практически все известные режимы генерации с хорошими выходными характеристиками. Высокие требования, предъявляемые к характеристикам генерируемого излучения лазеров на уас:--м3'!, обусловлены возможностью использования лазеров этого типа в таких областях, как лазерная гироскопия, интерферометрия, точные оптические измерения, когерентная оптическая связь.
Важным шагом на пути решения задачи получения высокостабильных режимов генерации явилась разработка ТЛ с монохроматической накачкой, в частности с полупроводниковой, - монолитных ТЛ, получивших в литературе название чип-лазеров . Совмещение з кристалле YAG:Hd3+ функций активной среды и оптического резонатора в значительной мере обеспечило решение проблемы устранения технических шумов и резкого сужения спектра излучения.
Одной из особенностей современного состояния квантовой электроники является переход от этапа интенсивного накопления информации о характере и свойствах процессов, связанных с генерацией вынужденного излучения, к созданию лазеров с требуемыми спектральными, временными, энергетическими и поляризационными характеристиками.
Создание перестраиваемых по частоте ТЛ не только расширяет
возможности лазерной техники, но и стимулирует развитие новых направлений в смежных областях науки - лазерной спектроскопии, селективной фотохимии, дистанционного детектирования вещества. Одним из методов управления частотой излучения твердотельных кольцевых лазеров (ТКЛ) является метод, использующий механические деформации активного элемента. В ранее опубликованных работах изучение механизма перестройки и определение величины смещения излучения проводилось по гетеродинному сигналу от перестраиваемого лазера и лазера с фиксированной частотой. Очень интересным представляется проведение непосредственных измерений сдвига оптической частоты излучения кольцевого чип-лазера при его механической деформации. При создании упругих напряжений в активном элементе происходит изменение оптической длины резонатора. Опубликованные к моменту начала диссертации работы не давали оценки вкладов изменения геометрической длины лучевого контура и изменения показателя преломления кристалла при механических напряжениях. Эти оценки проведены в настоящей работе.
В лазерах, как в любых генераторах электромагнитных колебаний, существует тот или иной уровень шумов. Снижение уровня шумоЕ в выходном излучении лазера является необходимым условием достижения высокой частотной и амплитудной стабильности излучения ТЛ. В чип-лазерах в значительной мере удается ослабить влияние основных источников технических шумов, однако последние все же продолжают влиять на амплитудную и частотную стабильность излучения. Поэтому поиск возможных методов подавления шумов излучения ТЛ представляет несомненный интерес.
Исследование влияния внешнего магнитного поля на выходные характеристики излучения ТЛ является одним из интересных направлений лазерной физики. Если для газовых лазеров в решении задачи об управлении параметрами генерации с помощью магнитного
поля достигнуты большие успехи, открывающие качественно._..новые. возможности использования лазеров этого типа, то для ТЛ эта проблема еще не решена. Эффекты, возникающие при наложении магнитного поля на активный элемент лазера, могут существенным образом влиять на динамику генерации ТЛ. Однако детальное исследование зависимостей частотных и поляризационных характеристик твердотельных кольцевых лазеров от внепнегс магнитного поля в настоящее время, насколько нам известно, отсутствует.
Целью диссертационной работы являлось создание и исследование
МОНОбЛОЧНОГО КОЛЬЦеВОГО ТВерДОТеЛЬНОГО Лазера На YAGrNd3* с
нешюским резонатором и монохроматической накачкой, работающего в различных режимах генерации; исследование влияния внешних
периодических воздействий и внешнего магнитного поля на зыходныг
характеристики моноблочного чип-лазера на YAG:Nd3+; развитие
методов управления спектральными и поляризационными
характеристиками выходного излучения.
Нзучная новизна диссертационной работы заключается в следующем.
1. ИССЛеДОВаН МОНООЛОЧНЫЙ КОЛЩЄВОЙ ЧИП-Лазер На YAG:NdJ+ с
неплоским резонатором и монохроматической накачкой, работающий в различных режимах генерации.
2. Исследован характер отклика кольцевого монолитного чип-лазера
на внешние периодические воздействия на активный элемент лазера.
3. Проведены непосредственные измерения сдвига оптической
частоты излучения кольцевого чип-лазера на YAG:Nd3+ с неплосккм
резонатором при его механической деформации.
4. Проанализировано влияние эффекта фотоупругости и деформации
геометрической длины лучевого контура на изменение частоты
генерации лазера при создании упругих напряжений в активном
элементе ТКЛ.
5. Осуществлено переключение частоты и плоскости поляризация
выходного излучения YAG:Kd3+ чип-лазера с помощью внешнего магнитного поля.
Практическая ценность работы состоит в следующем.
1. Обнаружена возможность параметрического подавления
низкочастотных шумов при внешних периодических воздействиях на
аКТИВНЫЙ ЭЛемеНТ КОЛЬЦеВОГО МОНОЛИТНОГО ЧИП-Лазера На YAG:Nd3+.
-
Продемонстрировано наличие в АЧХ кольцевых чип-лазеров характерных резонансов, положение которых чувствительно к оптической невзаимности резонатора, что позволяет использовать данное явление для измерения невзаимных эффектов, в частности, угловой скорости вращения чип-лазера или эффекта Фарадея в активной среде.
-
Осуществлена перестройка частоты излучения кольцевого чип-лазера при создании механических напряжений в активном элементе с периметром лучевого контура 29.5 мм в диапазоне 2. з ГГц. Достигнутая величина перестройки в пересчете на соответствующую длину лучевого контура сравнима с максимальным на настоящее время сдвигом частоты излучения, полученным для линейного чип-лазера.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы отражены в публикациях и докладывались на Международной конференции "Оптика лазеров 93", г. Санкт-Петербург, 1993 г., на семинарах кафедры оптики и спектроскопии физического факультета МГУ.
Личный вклад автора. Основные результаты, приведенные в работе, получены самим автором, либо при его непосредственном участии.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Объем диссертации - 108 страниц машинописного текста, включая 19 рисунков. Список цитированной литературы 129 наименований.
