Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
В настоящее время проблема получения мощного лазерного из-/чения высокого качества остается актуальной и имеет большое значение ля развития лазерной техники и технологии. Хорошо известно, что уверение мощности одноканального (однолучевого) лазера за счет уве-лчения его размеров приводит к ухудшению качества излучения. Модуль-ая конструкция свободна от этого недостатка. Она позволяет в N раз (где ' - число лазеров сборки) увеличивать мощность и создавать мощные ком-актные лазеры с высоким качеством излучения, характерным для однока-ального лазера. Для многих приложений важна не только общая мощность злучения, но и возможность увеличения плотности мощности на мишени, ели излучение отдельных каналов многоканального лазера не сфазирова-о, то при одинаковых условиях фокусировки максимальная плотность ощности в N раз больше плотности мощности, получаемой от однока-ального лазера. В случае фазовой синхронизации излучения многоканаль-ого лазера происходит когерентное сложение лазерных пучков на мише-и. В этом случае максимальная плотность мощности увеличивается про-орционально
Один из способов синхронизации излучения основан на введении оп-/іческой связи между отдельными лазерами набора. При этом используют-я схемы с прямым обменом излучением, с дифракционной связью полей оседних лазеров (связь "ближайших соседей") и полей всех лазеров со семи (глобальная связь).
Анализ условий синхронизации наборов лазеров с большим числом элементов показывает, что при связи ближайших соседей не удается добиться синфазного распределения поля на всей выходной апертуре. Разрушение дальнего порядка может происходить путем образования доменных областей в 1-D и топологических солитонов в 2-D наборах лазеров. Поэтому для синхронизации всех лазеров системы предпочтительно использование оптической связи "всех лазеров со всеми".
Целью работы являлось проведение моделирования систем глобально связанных лазеров:
исследование режимов генерации в системе лазеров с глобальной связью с большим числом элементов;
численное исследование возможности организации глобальной связи в наборе лазеров с фокальным фильтром, построение численной модели и разработка компьютерной программы для расчета динамики полей лазеров.
проведение расчетов энергетической эффективности генерации набора волноводных СОг-лазеров с пространственным фильтром, помещенным в общий фокус системы.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:
получены условия для стабильной синхронизации сборки лазеров с глобальной связью с большим числом элементов;
обнаружен эффект кооперативной синхронизации полей лазеров, возникающий в случае, когда незатухающие колебания полей инициируют раскачку релаксационных колебаний активной среды;
исследована область синхронизации в системе с комбинированной оптической связью, включающей одновременно глобальную связь и связь ближайших соседей.
Кроме того, в работе развита методика и создана компьютерная про-замма для расчета динамики полей в линейном наборе волноводных С02-азеров с фокальным фильтром. Получено количественное согласование эзультатов расчетов с экспериментом.
Практическое значение работы определяется разработанными эдходами, а также созданными на их основе программными продуктами.
Полученные критерии синхронизации оптически связанных лазеров и зссчитанные коэффициенты связи представляют интерес при проектиро-ании экспериментальных лазерных сборок с фокальным фильтром.
Предложенный в работе механизм кооперативной синхронизации по-золяет значительно повысить яркость излучения сборки при высоких эовнях расстроек, когда режим стационарной когерентной генерации яв-чется неустойчивым. Достигаемая при этом средняя по времени яркость абора, в отличие от яркости в случае некогерентного динамического ре-има, слабо зависит от числа элементов.
Исследованный эффект частичной когерентности позволяет объяс-/ггь наблюдение фокальной картины с высокой контрастностью при усло-<іях генерации сборки лазеров, когда величина оптической связи недоста-эчна для стабильной синхронизации элементов сборки.
Разработанная компьютерная программа позволяет проводить асчеты энергетической эффективности синхронизации линейного набора элноводных лазеров с фокальным фильтром.
На зашиту выносятся следующие положения:
теория синхронизации ансамбля лазеров со случайным разбросом собственных частот при оптической связи "каждый с каждым";
механизм кооперативной синхронизации полей лазеров в случае инерционности усиления;
теория синхронизации излучения линейного набора волноводных лазеров с пространственным фильтром.
Апробация работы:
Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
-
Nonlinear Dynamics in Optical Systems, NDOS'95, June 5-7, 1995, University of Rochester, New York, USA
-
8-ая конференция "Оптика лазеров", Санкт-Петербург, июнь 1995
Кроме того, результаты докладывались и обсуждались на семинарах в ТРИНИТИ и INO (Национальный институт оптики, Флоренция, Италия).
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и 2 приложений. Каждая глава начинается кратким обзором литературы по соответствующим вопросам и заканчивается выводами, наиболее важные из которых сформулированы в качестве защищаемых положений.
Работа изложена на 98 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков, 4 таблицы и список литературы, насчитывающий 47 наименований.