Введение к работе
. Данная работа посвящена численному исследованию лазерных систем и развитию методов самосогласованного расчета стационарной генерации в таких системах, а именно, в лазерах с неустойчивыми (устойчивыми) резонаторами с трехзеркальными и связанными резонаторами.
Актуальность работы. Создание численных моделей, адекватно описывающих работу лазерных систем, позволяет определять те параметры установок, которые оказывают наибольшее влияние на качество выходного излучения. Например, для мониторинга окружающей среды необходимы лазеры, удовлетворяющие жестким требованиям на спектральные характеристики и на расходимость излучения. При использовании таких лазеров в полевых условиях необходимо обеспечить запас устойчивости работы в заданном режиме. Поэтому выбор оптимальных параметров резонатора является важной составной частью создания лидарного комплекса. Причем, выбрать оптимальные параметры по характеристикам пустых резонаторов можно не всегда, требуется проведение численного моделирования с учетом влияния активной среды.
Использование составных трехзеркальных резонаторов подразумевает знание их свойств в рамках не только хорошо известной одномерной модели, но и модели, учитывающей дифракцию. Для выделения в спектре генерации одной линии можно использовать дифракционную решетку вместо третьего зеркала. Эффективность данной схемы зависит от параметров неустойчивого резонатора и отверстия связи, которые должны быть заданы в определенном интервале значений.
Большой интерес к связанным лазерам обусловлен тем, что
увеличение яркости выходного излучения одного лазера становится затруднительным, начиная с некоторого предела . Увеличение энергии, вкладываемой в активную среду газовых лазеров, приводит к возникновению оптических неоднородностей и, соответственно, к росту расходимости. Возможна ситуация, при которой с увеличением выходной мощности происходит снижение яркости. Оптическая стойкость активной среды также накладывает ограничения на мощность излучения одного модуля. В случае использования и лазеров в режиме сфазированой генерации, яркость излучения может быть увеличена в и.2 раз по отношению к одному лазеру. Исследование модели связанных лазеров позволит определить наиболее приемлемые параметры используемых лазеров и расчитать функции управления, обеспечивающие фазированную генерацию.
Целью работы являются: создание численного метода решения задачи о генерации в лазере с насыщающейся активной средой, позволяющего точно находить границу одномодового и многомодового режимов;
определение диапазона параметров резонаторов, обеспечивающих необходимый запас устойчивости одномодового режима;
численное исследование многомодовой генерации в лазерах, заполненных инерционной насыщающейся активной средой с неустойчивыми (устойчивыми) резонаторами;
исследование моделей лазера с трехзеркальным резонатором и лазера со связанными резонаторами.
Научная новизна.
1 Разработан новый метод расчета самосогласованого режима генерации в лазере с насыщающейся активной средой, названный селективным итерационным методом. Метод позволяет находить устойчивые и неустойчивые решения. Он основан на поочередном
использовании традиционного метода установления Фокса-Ли и решении линейной задачи методом Прони. В случае нахождения устойчивого решения определяется мера устойчивости одномодового режима.
-
Исследован селективний метод установления для многомодовой генерации лазера, заполненного инерционной насыщающейся активной средой. Предложен метод нахождения устойчивого решения.
-
Исследован критерий получения одночастотного излучения в лазере с трехзеркальным резонатором с дифракционной решеткой.
-
Исследованы дифракционные модели лазера с трехзеркальным резонатором и связанных лазеров.
Основные защищаемые положения.
1. Селективный метод установления позволяет находить точную
границу между одномодовым и многомодовым режимами.
-
РТаибольший запас устойчивости одномодового режима в неустойчивых телескопических резонаторах со сферическими зеркалами достигается при эквивалентных числах Френеля (N ). равных kto.7, где к-целое.
-
Активная насыщающаяся среда приводит к дестабилизации одномодового режима генерации в лазерах с неустойчивыми резонаторами со сферическими зеркалами, в отличие от резонаторов с цилиндрическими зеркалами, в которых среда может стабилизировать одномодовый режим.
-
Смещение опорного зеркала вдоль оптической оси на расстояние порядка длины волны в лазере с трехзеркальным резонатором позволяет изменять модовый состав излучения.
-
Использование селективного метода установления для численного моделирования работы связанных лазеров позволяет определять диапазон расстроек длин резонаторов, в котором осуществляется сфазированная генерация, влиянии коэффициента
усиления и разъюстировки резонаторов на величину этого диапазона. 6. При оптической связи лазеров возможно возникновение близлежащих диапазонов расстройки длин резонаторов, в которы; осуществляется авизированная генерация на модах разной четности.
Апробация работы. Основные результаты исследований, вошедшиї в диссертацию, докладывались на II Всесоюзной конференц "Вычислительная физика и математическое моделирование" (Волгогра, 19в9), на VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленингра, 1990), на VII Международном симпозиуме но газовым и химически лазерам (Австрия, Вена 1988), на Международной конференции OE'LAK 90 (CUIA, Лос Лнджелес 1990), на семинарах ФИАЭ им. И.В. Курчатова МТУ им. М.В. Ломоносова (ВМиК).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, тре глав, заключения, приложения и списка литературы. Объе диссертации 156 страниц машинописного текста, из которых 5 страниц с рисунками, 8 страниц список литературы из 7 наименований.
