Управление самосинхронизацией продольных и поперечных мод гелий-неонового лазера

• Автор: Суханов, Игорь Иванович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 201 c. : ил

Глава I. ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ ЛАЗЕРА НА САМОСИНХРОНИЗАЦИЮ МОД
1.1. Основные закономерности явления синхронизации
1.2. Методы синхронизации мод
1.3. Влияние дисперсии активной среды на самосинхронизацию продольных мод газового лазера
1.4. Особенности фазовых характеристик многолучевых интерферометров
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ САМОСИНХРОНИЗАЦИИ ПРОДОЛЬНЫХ МОД Нб"МС ЛАЗЕРА С ФАЗОВЫй ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ Л
2.1. Расчет параметров фазового интерферометра для самосинхронизации продольных мод
2.2. Экспериментальное исследование самосинхронизации продольных мод Не-11е лазера с фазовым отражающим интерферометром
2.2.1. Описание экспериментальной установки
2.2.2. Результаты эксперимента
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО ВЫРОЖДЕНИЯ В НС-КІС
ЛАЗЕРЕ С КОНФОКАЛЬНЫМ РЕЗОНАТОРОМ
3.1. Методы повышения эффективности использования объема активной среды непрерывных лазеров
3.2. Идеальные частотно-вырожденные резонаторы
3.3. Неидеальный конфокальный резонатор
3.4. Описание экспериментальной установки
3.5.1. Измерение пространственной когерентности

3.5.2. Метод измерения относительного радиуса пространственной когерентности
3.6. Экспериментальное исследование характеристик излучения He-Ne лазера с конфокальным резонатором
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ САМОСИНХРОНИЗАЦИИ
ПОПЕРЕЧНЫХ МОД
4.1. Расчет коэффициентов связи мод
4.2. Пространственная самосинхронизация мод тем0М^
4.3. Пространственная синхронизация мод ТЕМ(пио ••••
4.4. Самосинхронизация мод ТЕМ01 иТЕМ10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Комплексные нули коэффициента отражения
двухзеркального интерферометра
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Расчет отношения частот межмодовых
интервалов
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Формулы гауссова пучка
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Межмодовые разности фаз вырожденных мод

Для улучшения параметров существующих лазеров и расширения их возможностей в науке и технике требуются новые, более эффективные методы управления спектральными, пространственными и корреляционными характеристиками лазерного излучения. Особенно актуальна задача разработки таких методов для наиболее распространенных типов лазеров, в частности, гелий-неонового лазера.
Одним из способов управления характеристиками лазерного излучения является синхронизация оптических колебаний [і, 2] . Для лазеров характерны два основных типа спектра синхронизуемых мод. Во-первых, возможен захват близких частот, принудительный [2, 3] или взаимный [4,5], при котором возникает одночастотное колебание нескольких полей. Во-вторых, возможна синхронизация группы мод с разными частотами, как правило, эквидистантными, когда выходное излучение представляет собой периодическую последовательность импульсов. Это наиболее изученный к настоящему времени тип синхронизации - синхронизация продольных мод [і, б|
Одним из важнейших приложений лазеров, работающих в режиме синхронизации продольных мод, являются исследования по лазерному термоядерному синтезу, в которых лазер, генерирующий оптические импульсы, используется в качестве задающего генератора мощ-. ной усилительной системы [7,8].
Лазер, генерирующий последовательность коротких импульсов, может использоваться в качестве тактового генератора в прецизионной оптической локации [9] , в быстродействующих оптических устройствах обработки информации [Ю] и волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), отличающейся повышенной помехоустойчивостью [її] . К существенному повышению пропускной способности ВОЛС с ИКМ может привести использо-

оптической оси. Расстояние ч можно было менять от 5 до 100 мм.
Индикация режима самосинхронизации. Традиционно индикатором возникновения самосинхронизации служит резкое повышение стабильности амплитуд мод, регистрируемое при помощи сканируемого интерферометра [1^. Этот метод индикации проще, чем прямые измерения временной структуры импульсов. Поскольку амплитудные флуктуации мод связаны с флуктуациями мощности многомодового излучения в диапазоне 10-150 кГц, то для индикации самосинхронизации можно также использовать резкое уменьшение флуктуаций выходной мощности (см. § 1.2).
Оба эти метода не дают информации о межмодовых фазах, кото-рые могут изменяться от нуля до Д. в зависимости от условий нелинейного взаимодействия мод (§ 1,2). В принципе, возможны два крайних случая - амплитудной и частотной модуляции выходного излучения. В трехмодовом режиме устойчивы оба режима [56]. При большом превышении над порогом, когда генерируется 104-15 мод, по-видимому, более вероятен режим амплитудной модуляции, т.е. формирование последовательности импульсов. Это объясняется тем, что в режиме частотной модуляции амплитуды мод в центре спектра генерации должны быть меньше, чем на краях М. Однако, при большом превышении над порогом наблюдается режим амплитудной модуляции, а амплитуды мод соответствуют огибающей вершины линии усиления [I, 62) . Введение фазового интерферометра в резонатор, очевидно, не изменит амплитудного распределения.
В эксперименте измерение шумов излучения производилось с помощью фотодиода ЗЩ-7К (7); полоса пропускания канала равна 10*
150 кГц. Напряжение шумов через усилитель подавалось на вход двухлучевого осциллографа Д580 (ЧССР). Такой метод индикации пригоден только для малых давлений активной смеси, т.к. при повышен-