Формирование излучения в XeCl лазерной системе с использованием процесса ВРМБ

• Автор: Панченко, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 136 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА Г ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВРМБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭКСИМЕРНЫХ ЛАЗЕРОВ

1.1 Использование ОВФ при ВРМБ для улучшения расходимости излучения

1.2 Использование ВРМБ для формирования короткой длительности импульса излучения

1.3 Характеристики излучения эксимерного лазера в резонаторе с ВРМБ зеркалом

1.4 Формирование высококогерентного излучения в задающем генераторе на молекуле ХеС

ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1 Электроразрядные лазеры

2.2 Задающий генератор

2.3 Лазерные системы
2.4 Кюветы и оптические элементы
2.5 Методики измерений
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ВР УФ ИЗЛУЧЕНИЯ В НЕЛИНЕЙНОЙ СРЕДЕ
3.1 Условия развития ВРМБ и ВТР излучения ХеС.1 лазера в алифатических
углеводородах
3.2. Особенности ОВФ при ВР излучения ХеС1 лазера
3.3 Влияние двухфотонного поглощения на длительность рассеянного излучения.
3.4.Фото диссоциация молекул гептана при взаимодействии с УФ излучением
ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОВФ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ С ДИФРАКЦИОННОЙ РАСХОДИМОСТЬЮ
4.1 Исправление искажений волнового фронта излучения в оптическом тракте лазерной системы
4.2 Влияние неоднородности активной среды на расходимость усиливаемого излучения
4.3 Формирование дифракционной расходимости излучения в режиме однопроходового усиления
ГЛАВА 5. УПРАВЛЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫМИ И ВРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ВРМБ
5.1 Использование ВРМБ для повышения контраста излучения
5.2 Спектральная селекция излучения
5.3 Повышение качества излучения в резонаторе с ВРМБ зеркалом.
5.4 Формирование короткой длительности импульса излучения ХеС1 лазера при

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Первые сообщения о получении генерации излучения в лазерах на галогенидах благородных газов появились в 1975 г. К настоящему моменту времени эксимерные (эксиплексные) лазеры являются наиболее мощными источниками когерентного УФ излучения. Это позволяет использовать их в целом ряде приложений, таких как: фотолитография, разделение изотопов, воздействие на вещество, нелинейная оптика, медицина и др. Для большинства применений требуется не только определенный уровень энергии излучения, но и его высокое качество (наличие высокой степени пространственной и временной когерентности). В то же время, ряд особенностей этих лазеров, а именно: слабосвязанный или разлетный нижний терм эксимерных молекул, высокий коэффициент усиления активной среды ~ 0.1 см'1), и малая длительность импульса генерации (10-20 не) существенно усложняют формирование высококогерентного излучения в режиме свободной генерации. Например, выходное излучение ХеС1 лазера с резонатором Фабри-Перо имеет ширину спектральной линии Ду„ ~ 30 см'1, угловую энергетическую направленность -3-10 мрад.
Применение различных типов дисперсионных элементов в резонаторе позволяет улучшить качество излучения, но приводит к значительному снижению выходной лазерной энергии. Один из наиболее распространенных способов получения мощного высококогерентного УФ излучения заключается в формировании качественного пучка в задающем генераторе и дальнейшее его усиление в лазерных каскадах. Однако при этом сложно сформировать дифракционную расходимость излучения, особенно для широкоапертурных усилителей, поскольку мешают интенсивные потоки усиленного спонтанного излучения (У СИ) и неоднородности в оптическом тракте.
Использование нелинейной среды в лазерной системе позволяет существенно снижать интенсивность УСИ и компенсировать оптические неоднородности за счет эффекта обращения волнового фронта (ОВФ). Наиболее часто используют эффект ОВФ, возникающий при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ). В основе физического механизма ОВФ при ВРМБ. лежит преимущественное усиление в поле накачки фазосопряженной волны. Однако при ВРМБ из спонтанного шума стартуют волны с различными волновыми фронтами, поэтому необходимо выбирать такие условия, при которых происходит дискриминация усиления необращенных компонент. В ранее проводимых исследованиях по ОВФ при ВРМБ в основном

h = 2(2Tsin а/тісоо)2. (2.1)
где T - база эталона, а - угол наклона ЭФП, coq- радиус (для гауссова) пучка.
Экранировка части спонтанного излучения эталоном с меньшей базой позволяет уменьшить угол наклона основного селектора с базой 25 мм. Кроме того, перемена местами эталонов с базой 0,1 мм и 3 мм приводила не только к уменьшению выходной энергии, но и к заметному уширению спектральной линии. В этом случае возрастали неселективные потери излучения, возникающие на одном проходе по резонатору. В таком резонаторе был получен лазерный пучок, имеющий спектральную ширину линии ~ 2,5х10"3 см'1. Данная ширина спектральной линии определялась по модуляции интенсивности выходного излучения с периодом 12 не (время обхода резонатора), обусловленную взаимодействием полей двух продольных мод резонатора, для L = 2 м, ДА. = A2/2L = 2,25х10'3 см'1, рис. 2.5. При этом энергия излучения составила 0,7 мДж, а длительность импульса - 52 не. Достижение одночастотной генерации ограничивалось величиной фактора резкости основного селектора. Использование пучка с временной модуляцией интенсивности, в нашем случае, не всегда было приемлемым. С целью уменьшения глубины модуляции дальнейшие эксперименты с ЗГ проводились по оптической схеме, рис. 2.4,6. В этом случае преселектором служили две дифракционные решетки с 2400 штр/мм, одна из которых была установлена в режиме скользящего падения под углом к оптической оси 86°. Излучение выводилось через нулевой порядок дифракции данной решетки. Обратная связь в резонаторе осуществлялась за счет дифракции излучения в первый порядок и отражения от второй решетки, установленной в автоколлимационном режиме. Основным селектором, в этом случае, служил твердотельный эталон с базой 10 мм, имеющий фактор резкости F = 12 с коэффициентом отражения на рабочих плоскостях 70 %. Выходная мощность излучения ЗГ, собранного по второй схеме, составляла 200 кВт, энергия в импульсе -1 мДж, длительность импульса - 55 не, ширина спектральной линии - 0,01 см'1, что соответствует 4-5 продольным модам резонатора [60]. Спектральная ширина линии измерялась с помощью ИФП с базой 70 мм. Фотография интерферограммы спектра излучения представлена на рис. 2.6. Доля шумовой компоненты, присутствующая в полезном сигнале и определяемая с помощью спектрографа СТЭ-1, не превышала 0,25 % от мощности полезного сигнала. Мощность шумовой компоненты представляет собой мощность излучения на нерабочем переходе.
Формирование расходимости излучения осуществлялось с помощью двух жестких диафрагм диаметром а = 1,4 мм, устанавливаемых с двух сторон от активной