Улучшение характеристик излучения твердотельных лазеров методом компенсации термических искажений резонатора с использованием высокоэффективных активных сред и систем накачки

• Автор: Микерин, Сергей Львович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Основные сокращения и обозначения

Актуальность темы

' Цели и задачи работы

Научная новизна н практическая ценность работы

Положения, выдвигаемые на защиту

Апробация работы и публикации

Структура и объём диссертационной работы

1 Мощные твердотельные лазеры с высокими пространственными параметрами излучения (обзор литературы)

1.1 Введение

1.2 Основные направления развития мощных твердотельных лазеров

с высокими пространственными параметрами излучения

1.2.1 Селекция мод но поперечному индексу
1.2.2 Снижение величины термических искажений резонатора
1.2.3 Компенсация термических искажений резонатора
1.2.4 Высокоэффективные системы ламповой накачки и
лазерные активные среды
1.3 Схема компенсации термических искажений резонатора (СКТІІ)
1.4 Калий-гадолшшевый вольфрамат и натрий-лантановый молнбдат
с неодимом
1.5 Выводи: определение задач диссертации
2 Мощный лазер с компенсацией термических искажений
на кристаллах КСс1(//0і)2:І4<Г+
2.1 Энергетические характеристики
2.1.1 Полученные результаты
2.1.2 Обсуждение результатов
2.2 Пространственные характеристики
2.2.1 Экспериментальная установка

2.2.2 Полученные результаты
2.2.3 Обсуждение результатов
2.3 Поляризационные и спектрально-кинетические
характеристики
2.3.1 Экспериментальная установка
2.3.2 Поляризационные характеристики
2.3.3 Спектрально-кинетические характеристики
2.4 Выводы
3 Мощный лазер с СКТИ на кристаллах №а1.а(Мо0.і)2:ІМсІі+
3.1 Экспериментальная установка
•3.2 Энергетические характеристики
3.2.1 Обсуждение результатов
3.3 Пространственные характеристики
3.3.1 Обсуждение результатов
3.4 Поляризационные и спектрально-кинетические характеристики
3.4.1 Обсуждение результатов
3.5 Выводы
4 Лазер с трубчатым активным элементом из КГВ
в модели активной среды неограниченной апертуры
4.1 Экспериментальная установка и методика измерений
4.2 Генерация лазера с трубчатым активным элементом
в модели неограниченной апертуры
4.2.1 Обсуждение результатов
4.3 Термические искажения трубчатого активного элемента
в модели неограниченной апертуры
4.3.1 Измерение термической неоднородности
с помощью 2-интерферометра
4.3.2 Визуализация термической неоднородности
с помощью Т-интсрферометра
4.3.3 Обсуждение результатов
4.4 Выводы
Заключение
Приложения
А Схема компенсации термических искажений (СКТИ)
А.1 Расчёт призмы для резонатора с СКТИ
і А.2 Эквивалентная резонатору оптическая линия

В Методика обработки интерферограмм Z-интерферометра
В.1 Идентификация интерференционных полос по кинетике
термической неоднородности
В.2 Термическая фазовая неоднородность относительно базовой точки
В.З Термическая фазовая неоднородность относительно начала нагрева
B.4 Оценка точности интерполяции
С Дополнения
C.1 Поляризация квазимонохроматичсского излучения
С.2 Оценка скорости нарастания температуры
в активной среде лазеров на КГВ
Литература

с погрешностью 0.5 мм)
і№ = — = 0.1334 ± 0.0083 мрад, № = 4- = 0.0207 ± 0.0003 мрад. а о
0Рол - 0.0591 ± 0.0037 мрад, і= 0.0118 ± 0.0001 мрад.
Для лазеров с СКТІІ и без неё путём численной обработки графиков на рис. 13 и 14 находим расходимость излучения но критерию 84% и уровню 0.5, соответственно:
СКТІІ: деа1р = 0.81 ± 0.13 мрад, = 0.505 ± 0.017 мрад,
{>11р = 1.62 ± 0.33 мрад, 0сьт'* = 1.514 ± 0.053 мрад;
без СІСГИ: деахр = 1.37 ± 0.17 мрад, dfVab = 0.G43 ± 0.015 мрад,
dlxp = 3.34 ± 0.40 мрад, = 1.841 ± 0.025 мрад.
(2.1)
(2.2)
Приведённые погрешности складываются из погрешности определения масштабного коэффициента переноса изображения с фокальной плоскости объектива па фотоплёнку, погрешности оцифровки графиков, а также определения угла при их интегрировании или но уровню 0.5.
Таким образом, расходимость исследуемых лазеров в сравнении с дифракцией плоской волны составляет:
Кетр = 0ехрІіГЩ = б ± jf Л',7 = б 1 ± 12,
Кещ,,, = г)етр0.ь!0dilü,5 = 8 5 ± () G) JÇV0.5 = 128 ± 5.
Кеахр = деатр!ûf = 10 ± 1, Кеьтр = 125 ± 15,
Л'“Р0.5 = jjjMPB.»!= 10.9 ± 0.7, Klm*
(2.3)
156 ±3.
Реальный пучок также характеризуют сравнением его расходимости 0схр с расходимостью гауссова пучка, радиус перетяжки tuff которого равен минимальному радиусу реального пучка ш,‘Д’ при фокусировке. Отношение расходимости многомодового пучка Гаусса-Эрмита [99, с. 23| к расходимости гауссова пучка да равно числу Л/2, где М есть отношение их размеров в перетяжке [100, с. 167]. В случае произвольного типа реального пучка принято использовать условный параметр AI2 — детр j 0е'. Гауссовы пучки характеризуются распределением интенсивности вида (г — удаление от оси пучка), одинаковым в любом поперечном сечении пучка. В связи с этим характерный радиус пучка и' и расходимость дс определяют по уровню е-2 интенсивности. Распределение интенсивности реального пучка обычно другого вида, поэтому удобно его расходимость измерять но уровню 0.5. Для гауссова пучка дСал = x)G уФі 2/2 и = xvGу/1и 2/2, поэтому
І?«?!).* Ь
д/2 _ Д _ h лехрлл ещ,.я
М д^ 1п2 Ш° ’
поскольку принято, что = ШцЧ’()-5. Для определения AI2 наряду с расходимостью необходимо измерять также минимальный размер пучка при фокусировке, что в импульсных твердотельных лазерах из-за нестационарных термических искажений представляет