Введение к работе
Актуальность темы
В лазерпой физике особую роль играют Брэгговские структуры, используемые как распределенная обратная связь (РОС). В обычных конструкциях с РОС, отражающих излучение, падающее на них по нормали, большой коэффициент отражения набирается на длиио, включающей в себя много периодов структуры, N ;» 1, т. к. глубина модуляции диэлектрической проницаемости 5е мала, \5е\ -С С(ь гДе ео — средняя диэлектрическая проницаемость. В диодной линейке |де| также мало, однако его следует сравнивать с малым углом падения излучения на слой. В результате боковая компонента волнового вектора излучения может иметь в несколько раз большую величину в излучающем элементе, чем в пассивном межэлемеитном промежутке. Малость отраженной доли излучения от одного периода РОС позволяет вывести дифференциальные уравнения для связанных волн. Аналогичные уравнения удается вывести и для лнпейки диодов благодаря малости коэффициента отражения боковой волны от одной ячейки периодической структуры. Однако эта малость имеет место только для волн, боковой волновой вектор которых близок к резонансному. Такие структуры и волны оказались перспективными с точки зрения получения мощного когерентного излучения. В последнее время стали разрабатываться двумерные наборы поверхностно излучающих лазеров, в которых для селекции мод в продольном направлении используются Брэгговские отражатели. Кроме того, применение диодных решеток для накачки лазеров на неодпмовом стекле привело к тому, что последние также стали собираться в наборы. Поэтому исследование модовых характеристик резонансных наборов (анти)волноводов необходимо далее для решепия задач, лишь отдаленно связанных с расчетом диодных линеек.
Цель работы |
Построение достаточно простых моделей наборов полупроводниковых лазеров и отдельных резонаторов, включая системы с инжекпией внешнего сигнала, для разработки методов оптимизации конструкций этих
систем на основе эффектов, предсказываемых при аналитическом и
численном исследовании полученных моделей. . .
Научная новизна работы
1. Найдено в явном виде распределение поля в плоскопараллельном
резонаторе, в который инжектируется пучок излучения с околоре-
зонаисций часгочой
-
Построена функция Грина для резонансной диодной линейки лазеров. При помощи полученной функции Грина построено решение задачи о распространении излучения вдоль слоистой среды в случае резонансной структуры последней.
-
Для описания нелинейных и нестационарных явлений в резонансной диодной линейке выведено уравнение для плавной огибающей, найдены условия применимости этого уравнения и построено решение типа солитона. Исследована устойчивость медового состава выходного излучения к вариациям параметров отдельных элементов в линейке.
-
Исследовано развитие неустойчивости типа самофокусировки в резонансной диодной линейке. Найдено условие устойчивости, в том числе в линейке из конечного числа лазеров.
5. Построена модель резонатора с дифракционным зеркалом. Собст
венные функции и собственные значения найденії прямым реше
нием интегрального уравнения резонатора в случае двумерной и
циллиндрической геометрий резонатора с задаваемым распределе
нием поля в виде гауссова пучка. Предложен способ оценки изме
нения собственных чисел мод резона-юра в результате добавления
простейшего фазового экрана со ступенчатым профилем.
Практическая ценность
Разработанные методы позволяют подобрать оптимальные параметры резонаторов и наборов лазеров для достижения стабильного одномодо-вого режима генерации и предсказать возможные неустойчивости для этого режима.
На защиту выносятся следующие положения:
-
При инжекции пучка излучения в плоскопараллельный резонатор на частоте близкой к частоте моды резонатора устанавливается распределение поля, близкое к распределению поля моды, причем полная мощность излучения, падающего на зеркало резонатора, равняется отношению квадрата интеграла перекрытия г-иешнего поля с полем моды, нормированного на полную интенсивность моды, к квадрату отстройки собственного значения неоднородного уравнения, учитывающего как отстройку частоты от резонанса, так и потери моды.
-
При инжекции узкого пучка излучения в диодную линейку на частоте, близкой к резонансной, расходимость и полная мощность выходящего излучения практически не зависят от положения места инжекции я отстройки частоты инжектируемого сигнала, пока величина отстройки мала по сравнению с разностью частот мод линейки.
-
Распространение излучения в резонансной диодной линейке без обратной связи при частоте излучения, близкой к синфазной моде липейкп, описывается гиперболическим уравнением, так что картина распределения имеет вид веера с углом раскрытия, соответствующим резонансной моде линейки
-
Нелинейные и нестационарные эффекты в околорезопансной линейке описываются дифференциальным уравнением второго порядка для плавной огибающей поля. При этом при величине скачка показателя преломления больше резонансного в среде с объемной самофокусировочной нелинейностью развивается неустойчивость огибающей по типу мелкомасштабной самофокусировки Беспалова-Таланова.
-
Помимо равномерных распределений в диодной линейке могут существовать пространственно ограниченные решения типа соли-топа, причем как в самофокусирующей, так и в самодефокусиру-ющей среде.
6. В конечной диодной линейке граница области развития самофоку-
1Вкн_пошмгачине скачка показателя преломления сдвигается
вверх на величину, опредетгяюигуісоииометиейлинейки и поте
рями резонансной моды на боковое излучение. —
7. Дискриминация высших поперечных мод в резонаторе с дифрак- .
ционным зеркалом эффективна только в случае малых чисел Фре-
"^еттагВ-то-же-время добавление простейшего фазового экрана позволяет добиться высоких степеней межиодовой-лнскриминадии.
Апробация работы
Результаты докладывались на семинаре по физике лазеров Троипкого Института Инновационных в термоядерных Исследований (руководитель: профессор А. П. Напартович), VIII Конференции "Оптика Лазеров", Ленинград, июнь-июль 1995, Photonic West'97 Сан-Хосе, США, февраль 1997, XVI Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике, Москва, июнь 1998. По результатам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заклк ения и списка литературы и содержит 133 страницы машинописного текста, 30 иллюстраций и список литературы из 116 наименований.
