Введение к работе
Актуальность тема. Решение ряда задач молекулярной спектроскопии высокого разрешения, диагностики плазмы, Физики и химии твердого тела, астрофизики и интроскопии требует освоения малоизученного субииллИметрового (СУШЮ диапазона длин волн от 30 до 3000 мкм, которое сдерживается из-за отсутствия мощных монохроматических источников излучения.
Эффективность лазерных Источников в СУБММ области, возбуждаемых электрическим разрядом ограничена неевлективностью воз-бувдениЯ и диссоциацией рабочих молекул. Эти недостатки устранены в СУБММ Лазерах о оптической накачкой мощными И эффективными С02 лазерами, спектр генерации которых совпадает с полосами поглощения большого числа многоатомных молекул. Наибольшая Мощность генерации в непрерывном рекиме получена при использовании метанола (СН3ОКЗ в качества рабочего вещества на линии 118,8 мкм.
При традиционном методе возбуждения рабочее вещество в кювете СУШМ Лазера накачивается излучением внешнего автономного лазера накачки. Очевидными недостатками тшсого метода является сложность оптимизации диаметра отверстия связи и низкая эффективность использования излучения накачки.
Значительными преимуществами обладает способ внутрирезона-торной оптической наїсачіси, сущность которого заключается-в размещении рабочего веезства внутри резонатора лазера накачки. При этом поглощение в рабочем векество является практически единственной нагрузкой лазера накачки, уменьшается потери излучения накачки и увеличивается плотность мощгости накачки. Однако к моменту постановки данной работы ожидаемого увеличения мощности генерации при внутрирезоНаторной накачке не бьипо достигнуто ни в одном из известных вариантов СУЕМ*.! молекулярных лазеров с внутрирезонаторной оптической накачкой СЙЛБОЮ . Реализация вну-трирезонаторного способа накачки СУБММ лазера потребовала проведения ряда дополнительных экспериментальных и. теоретических исследовании.
Целью диссертационной работы являлось исследование основных Физических принципов работы и создание мощного СУБММ МЛВОН.
Для достижения поставленной цели потребовалось разработать методы и измерить параметры линии поглощения молекул ряда простых спиртов и их дейтеропроиэводных на частотах генерации С02 лазера, экспериментально определить наиболее эффективные режимы генерации С0г лазера с поглотителем в резонаторе для получения шиной генерации СУБШ излучения при внутрирезонаторной оптической накачке, исследовать особенности конструирования резонатора и возможность создания мощного СУБШ МЛВОН.
Научная новизна проведенных экспериментальных и теоретических исследований заключается в следушем:
Разработаны методики и измерены спектральные коэффициенты поглощения, отстройки линий поглощения относительно частот генерации С02 лазера низкого давления, интенсивности насыщения поглощения и коэффициенты Эйнштейна для большого числа колебательно -вращательных переходов молекул ряда простых спиртов и их дейтеропроизводньи. Экспериментально обнаружена аномальная зависимость интенсивности насыщения линий поглощения молекул СН30Н и СД30Д от их концентрации в области малых давлений газа.
Экспериментально реализованы и исследованы новые регулярные режимы и сценарии перехода к хаотическому режиму генерации С02 лазера с парами СН30Н и этанола <С2Н50Ю в качестве насыщающегося поглотителя (НТО в резонаторе. Экспериментально изучено влияние знака отстройки линий поглощения Ш рт частоты генерации на динамику генерации С02 лазера с Щ в резонаторе.
- Методом численного моделирования продемонстрирована
эффективность моноимпульсного режима генерации СУШ) ШШОН. По
казано, что в моноимпульсном режима генерации ШШОН можно на
порядок повысить удельный энергосъем и эффективность преобразо
вания излучения накачки в излучение генерации в СУБШ области и
на два порядка увеличить мощность генерации СУБШ излучения.
Предложено и реализовано несколько вариантов устройств ШЩОН.
Практическая значимость работы,
- Измеренные параметры линий поглощения молекул ряда про
стых спиртов на частотах генерации С02 лазера могут использова
ться для оценки перспективности этих веществ в качестве актив
ных сред в ШШОН, при создании и численном моделировании С0
лазеров с НП в резонаторе, решении ряда задач молекулярной
- 4 - '
спектроскопии, астрофизики и лазерной химии.
Исследование динамики регулярных режимов генерации С02 лазера с ШІ в резонатора позволяют выбрать наиболее- эффективный режим генерации лазера накачки для СУБММ МЛВОН. С другой стороны, эти исследования указьгаает на возможность использования их для создания лазерных систем зондирования атмосферы, локации и распознавание обгсктов, оптической связи, кодирования сигналов Информации и решения различных технологических задач по лазерной обработке материалов.
Экспериментальные и теоретические исследования , параметров СУБММ НЛВОН позволили создать физические основы расчета и конструирования относительно компактних и мойных источников когерентного излучения в СУБММ диапазоне. Совместно с СКТБ с ОП Института физики ЛНБ создано несколько экспериментальных макетов СУБММ МЛВОН на базе универсальной кюветы "Полярон-2". Один из них передан в КВТ РАН для проведения исследований по диагностике низкотемпературной плазмы. СУБММ НЛВОН, работавший в шпоимпульсном режиме генерации при накачке излучением TEA СО, лазером, предложено использовать для зондирования и диагностики высокотемпературной плазми.
методики и результаты измерений величин спектральних коэффициентов поглоеяния, отстройки линий поглоет-шя относительно частот генерации С0П лазера низкого давления, интенсивности насыквния тений поглощения и коэффициенты Рйотейчз для ко-яебательно-врадательшх переходов молекулы СНэ0Н и ез дейтеро-производной на частотах генерации С02 лазера;
в облпети низких давлений <15+150 Па) величина интенсивности насыщения линий поглощения СН30Н и СЛ30Д на частотах ге-перашти С02 лазера с увеличением давления укеныгазтея;
при сканировании частоты в пределах контура усиления в С02 лазере с парами СП30Н и С2Н50Н в качестве ІШ в резонатора наблюдаются новые типи регулярных .режимов генерации импульсов пассивной модуляции добротности и новые сценарии перехода от регулярных режимов генерации .к хаотическому;
при внутрирезонаторной оптической накачке в моноимпульсном режиме генерации СУБММ лазера на парах СН30Н удельный энер-
госъем и эффективность преобразования накачки на порядок выше, чем при внерезонаторной накачке, что связано с уменьшением потерь и возрастанием мощности накачки.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсукдались на V Республиканской конференции молодых ученьи по спектроскопии и квантовой электронике (Вильнюс, 1981), 1 Межреспубликанской конференции "Проблемы создания и применения в народном хозяйстве лазерной и оптозлектронной техники" (Минск, 1982), VI Межреспубликанском семинаре по квантовой электронике И лазерной спектроскопии (Вильнюсі 1984), IV и V Всесоюзных совещаниях по диагностике высокотемпературной плазмы (Алушта, 1986, Минск, 1990), Всесоюзном совещании "Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах" (Томск, 1986),' V и VIII Литовско-релорусском семинарах "Лазеры и оптическая нелинейность" (Минск, 1884, Вильнюс, 1986)# II Европейской конференции по квантовой электронике (Дрезден, 1989), VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров-Є0" (Ленинград, 1930), Международной конференции по миллиметровым волнам и технологии в дальнем ИК диапазоне (Пекин, 1630), I Новоподац-ком семинаре "Нелинейные явления в сдоадШх системах'' (Полоцк, 1992).научных семинарах лаборатории обшей спектроскопии ИФ АНБ.
По тема диссертации опубликовано 22 научные работы, включающие 9 статей, 3 препринта, 10 тезисов докладов в трудая конференций; подучено Б авторских свидетельств на изобретения; написано 7 отчетов по завершенным НИР,
Структура и объем работы» Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка Цитируемой литературй, вклкчаю-щэй 1В9 Наименований. Общий объен работц содержит 179 страниц, В том числе 132 машинописного текста., 3? рисунков и 7 таблиц.
