Введение к работе
" .-'У'* I
,л-.?л дктуальность темы. Первые сообщения о получении стимулированного ^"^жмуіения на растворах сложных органических соединений, появившиеся двадцать пять лет назад, положили начало исследованиям и разработке нового класса лазеров с уникальными свойствами - лазеров на растворах органических соединений (ЛРОС).
ЛРОС выгодно отличаются от других типов лазеров видимого диапазона своими спектральними характеристиками. Они могут генерировать как широкополосное, так и узкополосное, плавно перестраиваемое по частоте излучение в пределах видимого и ближних УФ- и ИК- диапазонов, обеспечивать большую мощность, работать как в импульсном, так и непрерывном режимах. Это делает ЛРОС эффективным и гибким инструментом не только для научных исследований, но и для решения целого ряда прикладных задач.
Среди множества областей применения лазеров на красителях существуют такие, где требуются лазеры с большой энергией излучения, высокой направленностью и возможностью эффективного управления длиной волны генерации. Однако, создание устройств, сочетающие в себе указанные возможности, затрудняется тем, что для получения больших энергий излучения необходимо возбуздать большие объемы активного вещества, что связано с увеличением геометрических размеров активного элемента (АЭ). Но при этом возникают проблемы с обеспечением высоких пространственно-угловых и спектральных характеристик лазера.
Так увеличение размера A3 традиционной цилиндрической формы в поперечном сечении приводит к возрастанию термооптических искажений, что вызывает рост расходимости излучения и уменьшает эффективность использования активной зоны лазера.
Менее ясным представлялся ответ на вопрос о целесообразности увеличения объема АЭ за счет наращивания его длины, поскольку для ЛРОС систематических исследований в этом направлении практически не проводилось. Актуальность таких исследований определяется наличием целого ряда отрицательных факторов, влияние которых на работу лазера в значительной мере зависит от длины активной среда. К таким отрицательным факторам прежде всего следует отнести суперлкминесценпдю, перепоглощение излучения в стшглетном канале и потери вследствие локальных оптических неоднородностей среды. Эти явления принципиально неустранимы и, в зависимости от конфигурации АЭ, могут оказывать решающее влияние на генерационные характеристики ЛРОС.
Целью работы являлось выявление критериев выбора формы и размеров, в частности дайны активного элемента лазеров на красителях, позволяющих увеличивать энергию генерации при сохранении высоких пространственно-угловых и спектральных характеристик прибора, и практическая реализация такого ЛРОС.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи.
-
Исследовать с учетом влияния усиленного радиационного шума, перепоглощения и потерь из-за неоднородностей среда зависимости энергетических и спектральных характеристик лазера с широкополосным резонатором от длины АЭ.
-
Изучить зависимости энергетических и перестроечных характеристик ЛРОС с дисперсионным резонатором от длины активной среды при учете влияния суперлюминесценции, горепоглощения и потерь на оптических неоднородностях в среде.
-
Выявить особенности формирования и развития диаграммы направленности мощных ЛРОС с активным элементом в виде полого цилиндра и предложить способы ее улучшения.
Научная новизна работы. В диссертации впервые проведены систематические исследования зависимости генерационных характеристик ЛРОС от длины активного элемента; изучено влияние супердюминесцвяпди и потерь из-за неоднородностей среды на энергетические и спектральные характеристики лазеров на красителях с широкополосным и дисперсионным резонаторами; исследованы особенности формирования и развития диаграммы направленности ЛРОС с активным элементом в виде полого цилиндра с различным расположением источника накачки относительно кольцевого сдоя активного вещества; разработаны и испытаны несколько конструкций нотных- широкодиапазонных лазеров на красителях с улучшенными пространственно-угловыми характеристиками.
Практическая ценность работы.
-
Выявленное наличие оптимальных и предельных со энергии и ВДЦ генерации длин АЭ лазеров на красителях позволяет формулировать правильные критерии выбора размеров кюветы лазера, оптимизирующие его конструкцию и обеспечивающие требуемые энергетические и спектральные характеристики.
-
Обнаруженные закономерности формирования диаграммы направленности лазеров с АЭ в виде полого цилиндра открывают новые возможности для создания высокознергетичкнх ЛРОС с острой направленность» излучения.
-
Принципы, заложенные в конструкциях описанных в работе лазеров с
АЭ в виде палых цилиндров, возбуждаемых блоком автономно питаемых импульсных ламп, могут быть использованы для разработки широкодаа-пазонных перестраиваемых JIP0C со сколь угодно большой анергией генерации и высокой направленностью излучения. Положения, выносимые на зашст.
-
Выводы теоретических и экспериментальных исследований влияния усиленного радиационного шума и оптических неоднородностей среда на энергетические и спектральные характеристики ЛРОС с широкополосным резонатором, отражающие факт существования зависимости указанных характеристик от длины активной среды, характеризующейся наличием оптимальных и предельных длин кюветы по КЕЩ и энергии генерации остронаправленного излучения.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований зависим ыостей энергетических и перестроечных характеристик JEPOG с дисперсионным резонатором от длины кюветы при учете наличия в ней усиленного радиационного шума'и потерь на неоднородноетях среды, выявлящив факт существования оптимальных и предельных длин лазерной кювета для энергии и КПД генерации на фиксированной длине волны и значительное сужение диапазона перестройки лазера при увеличении длины АЭ.
-
Анализ особенностей формирования и развития диаграммы направленности нсщниг-ЛРОС с активним элементом в виде полого цилиндра, ка-качзваейого снаружа, показавший, что основная часть энергии сосредоточена в неаксиальшх лучах, являвдихся спиральными, и позволивша предложи, способа'улучшения пространственно-угловых характеристик таких лазеров.
-
Разуд&таяы исследований пространственно-угловых характеристик лазера па красителе с A3 в виде полого цилиндра, накачиваемого изнутри, показавше, что из-за возкикавдего в этом случае радиального градаета показателя преломления, направленного от оси кюветы, резонатор лазера становится подобным неустойчивому и происходит праатически полное подавление неаксиальных лучей.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы дакяаяываяись и обсуждались на следующих всесоюзных и республиканских конференциях, совещаниях а семинарах: Республиканская школа-се-мшар "Лазерное оптическое и спектральное приборостроение" (Минск, 1983 г.), Научно-техническая конференция "Лазеры в народном хозяйстве" (Москва, 1986 г.), Всесоюзное совещание "Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах" (Томск, 1986 г.),
Всесоюзная научно-техническая школа-семинар "Лазерное оптическое и спектральное приборостроение" (Минск, 1986 г.), У Международная конференция "Перестраиваемые по частоте лазеры" (Иркутск, 1989 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в научных журналах, 4 препринта и получено 3 авторских свидетельства на изобретения:.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 73 страницы основного текста, 43 рисунка на 44 страницах, 2 таблицы и список литературы, включающий 141 наименование на 20 страницах.
