Динамика генерации и невзаимные оптические эффекты в твердотельных кольцевых лазерах

• Автор: Шелаев, Анатолий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 307 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ГЕНЕРАЦИИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ КОЛЬЦЕВЫХ ЛАЗЕРОВ (ТКЛ) С ОДНОРОДНО-УШИРЕННОЙ ЛИНИЕЙ УСИЛЕНИЯ
АКТИВНОЙ СРЕДЫ (АС):
§ 1.1. Влияние свойств АС на динамику генерации КЛ. Лазернофизические параметры твердотельных АС
§ 1.2. Основные предположения и исходные уравнения теории ТКЛ
§ 1.3. Механизмы связи встречных волн (ВВ) в ТКЛ, методы ее
уменьшения и стабилизации
§ 1.4. Методы экспериментальных исследований и накачки ТКЛ
Выводы к главе I
ГЛАВА II. РЕЖИМЫ СВОБОДНОЙ ГЕНЕРАЦИИ (СГ) ПОКОЯЩИХСЯ И ВРАЩАЮЩИХСЯ ТКЛ на YAG:Nd3+:
§ 2.1. Режимы стоячей и бегущей волны в одномодовых ТКЛ с однородно-
уширенной линией усиления. Теоретический анализ
§ 2.2. Режимы СГ в покоящихся ТКЛ
§ 2.3. Режимы СГ и АЧХ вращающихся ТКЛ
§ 2.4. Невзаимные дифракционные эффекты в ТКЛ с непрерывной и
импульсной накачкой
§ 2.5. Эффект автостабилизации двунаправленной генерации во вращающемся ТКЛ за счет пространственного саморазделения ВВ
Выводы к главе II
ГЛАВА III. ДИНАМИКА ГЕНЕРАЦИИ ПОКОЯЩИХСЯ И ВРАЩАЮЩИХСЯ ТКЛ НА YAG:Nd3+ В РЕЖИМАХ АКТИВНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ МОД (СМ):
§ 3.1. ТКЛ с фазовой электрооптической СМ
§ 3.2. ТКЛ с амплитудной акустооптической СМ
§ 3.3. АЧХ вращающихся ТКЛ в режимах стационарной СМ
§ 3.4. Метод стабилизации амплитудной СМ и управления взаимодействием ВВ с помощью акустооптических обратных связей (ОС).... 90 § 3.5. Методы СМ и управления взаимодействием ВВ с помощью модулято-
ров на бегущей ультразвуковой волне с акустооптическими ОС.
Выводы к главе III
ГЛАВА 1У. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИКОЙ ГЕНЕРАЦИИ ТКЛ С ПОМОЩЬЮ НЕРЕЗОНАНСНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ:
§ 4.1. ТКЛ с допплеровски-модулированным инжектируемым сигналом.. 103 § 4.2. Конкурентные эффекты, однонаправленная одномодовая генерация
и кинематическая СМ в ТКЛ с нестационарным резонатором
§ 4.3. Методы устранения конкуренции ВВ и управления АЧХ вращающихся
ТКЛ в режимах акустооптической нестационарной СМ
Выводы к главе 1У

ГЛАВА У. МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНКУРЕНТНЫМ ВЗАИМОДЕЙ-
СТВИЕМ ВВ И РЕЖИМАМИ ГЕНЕРАЦИИ ТКЛ:
§5.1. Влияние магнитооптических эффектов на динамику генерации ТКЛ с перестраиваемыми плоскими и неплоскими кольцевыми
резонаторами
§ 5.2. Метод стабилизации двунаправленной генерации магнитооптической цепью отрицательной ОС по разности интенсивностей ВВ..
§ 5.3. Магнитооптические методы внутрирезонаторной модуляции и стабилизации интенсивностей ВВ. Методы устранения переходных
процессов при коммутации направления излучения ТКЛ
Выводы к главе У
ГЛАВА У1. НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНКУРЕНТНЫМ ВЗАИМО-
ДЕЙСТВИЕМ ВВ И ДИНАМИКОЙ ГЕНЕРАЦИИ ТКЛ:

§ 6.1. Метод управления АЧХ вращающихся ТКЛ на YAG:Nd за счет
самодифракции ВВ в инерционном резонансном поглотителе

ненакачанном кристалле YAG:Nd
§ 6.2. Метод стабилизации двунаправленной генерации во вращающихся ТКЛ за счет самодифракции ВВ в малоинерционном нелинейном
поглотителе (НП) - кристалле L i F:F
§ 6.3. Метод стабилизации двунаправленной генерации во вращающихся
ТКЛ за счет нелинейных потерь при генерации 2-й гармоники. 170 § 6.4. Метод стабилизации двунаправленной генерации во вращающихся ТКЛ за счет самодифракции ВВ и волн автоподсветки (ВА) на
на наведенных в АС интерференционных решетках
Выводы к главе У
ГЛАВА УН. АКУСТООПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ КОНКУРЕНТНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ВВ И ДИНАМИКОЙ ГЕНЕРАЦИИ ТКЛ:
§ 7.1. Метод управления разностью частот ВВ при коллинеарном взаимодействии световых ВВ с бегущей акустической волной
§ 7.2. Амплитудные и фазовые невзаимные акустооптические эффекты при брэгговской дифракции световых ВВ на бегущей ультразвуковой волне
§ 7.3. Методы управления невзаимными акустооптическими эффектами
и режимами генерации ТКЛ с помощью акустооптических ОС ... 191 § 7.4. Метод стабилизации двунаправленной генерации во вращающихся ТКЛ ВА, создаваемыми с помощью квазирезонансной акусто-
оптической ОС
§ 7.5. Метод управления динамикой генерации ТКЛ ВА, создаваемыми
с помощью антирезонансной акустооптической ОС
Выводы к главе УП

ГЛАВА УШ. НЕВЗАИМНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И ЧХ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТКЛ:
§ 8.1. Аномалии в ЧХ вращающихся ТКЛ с инерционным резонансно-

поглощающим НП - ненакачанным кристаллом YAG:Nd
§ 8.2. ЧХ вращающихся ТКЛ с аномально-диспергирующей средой
§ 8.3. ЧХ вращающихся ТКЛ в режимах автомодуляции
§ 8.4. ЧХ вращающихся ТКЛ в режимах биений при различных методах
стабилизации двунаправленной генерации
§ 8.5. Светоиндуцированные знакопеременная и постоянная оптические невзаимности и стабилизация режима биений в ТКЛ с нестационарной самодифракцией ВА
Выводы к главе УШ
ГЛАВА IX. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ТКЛ. МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ИНТЕНСИВНОСТИ И ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ТКЛ:
§ 9.1. Причины нестабильности амплитуды и частоты излучения ТКЛ...229 § 9.2. Методы получения одночастотной генерации в ТКЛ
§ 9.3. Высокостабильная однонаправленная одночастотная генерация

в ТКЛ на YAG:Nd с монолитными резонаторами и высокоэффективной продольной накачкой АС InGaAsP/GaAs-лазером ... 231 § 9.4. Метод управления поляризациями, частотами и связью ВВ в
ТКЛ с монолитными неплоскими кольцевыми резоноторами
§ 9.5. Методы стабилизации режимов СМ и высокостабильные ТКЛ на 3 +
YAG:Nd с СМ и лазерной или светодиодной накачкой
Выводы к главе IX
ГЛАВА X. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ТКЛ. ВЫСОКОСТАБИЛЬНЫЕ ТКЛ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕВЗАИМНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ:
§ 10.1. Причины нестабильности и методы стабилизации частоты автомодуляции. Метод измерения оптической невзаимности в режимах автомодуляции 1-рода с переменной частотной подставкой
§ 10.2. Режимы автомодуляции в моноблочных и монолитных ТКЛ на 3 +
YAG:Nd со светодиодной или лазерной накачкой
§ 10.3. Причины нестабильности разности частот ВВ и методы ее
стабилизации в режимах СГ и СМ
§ 10.4. Режимы биений при СГ и СМ в высокостабильных ТКЛ на 3 +
YAG:Nd со светодиодной или лазерной накачкой
§ 10.5. Физические типы твердотельных лазерных гирометров
Выводы к главе X
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Список сокращений (ключевых слов) и основных обозначений

ший коэффициент усиления. Это и приводит к устойчивости режима стоячей волны в ТКЛ с однородно-уширенной линией усиления.
1. Режим стоячей волны (Е1 - Е2) при малых мощностях накачки.
Решение уравнений (1.18),(1.19) показывает, что возможны два стацио-
нарных режима стоячей волны, отличающихся значениями разности фаз ВВ:
$1о = 0 + arccos(Q/M) , ФцсГ ® ~ arccos(Q/M) (2.11 )-(2 .1 2 ),
где М = (1/2) [ m2 + m2 - 2m1m2cos(01 - 02) ]1/2 (2.13),
0 = arctg [(m1siп 91 - m2sin 02)/(m1cos 91 - m2cos 02)] (2.14)
Устойчивым (7 < О) может быть только режим с разностью фаз Ф = Фт
2 2 2 2 Для этого режима сумма у = а(Е1о + E2q) и разность х = а(— E2q)
безразмерных интенсивностей ВВ, а также инкремент 7 имеют вид:
(2.15),
5, Г / М2 - й2 - /. m.m I si п [ ( 0 - 0_)/2]l -,
= | И) + ;
^ Ci)/Q - / т^т2 !sin[(01 - ©2 )/2 ] I J
(2.16),
У = 2М*7 ^ ~ Й1т2т 51П(91 " б2) + 1 / ^ - д2 )
7 = I ( 5П-(1+ Т)Ь'_?"2 I 51 п--^—-й--02 I - 2/ м2- й2 ] (2.17)
Выражения (2.15), (2.16) справедливы при х/у « 1, Т) « 1 и выполнении условия устойчивости режима стоячей ВОЛНЫ 7 < О . Из (2.16) следует, что разность интенсивностей ВВ растет с ростом разности частот резонатора ТКЛ для ВВ й . В покоящемся ТКЛ (й = О) интенсивности ВВ равны (х = 0) при равных модулях коэффициентов связи ВВ (т1 = т2 = т), и режим стоячей волны при й = 0 , 5=0 устойчив (7 < 0) при :
ш 131П[(01 - 0 )/2]1 > Т)(0/3<5 (2.18)
Если выполнено условие (2.18), то в ТКЛ устойчив режим захвата частот ВВ при разности частот кольцевого резонатора для ВВ 1Й1 ^ йо ,
где йо - ширина области захвата частот ВВ :
йо = / т2з1п2[(01- 02 )/2] - { ТДО/О - т181п[(01- 02 )/2]I2} /4 (2.19)
2. Одномодовый режим стоячей волны при произвольной накачке.
Согласно (2.12) стационарные значения разности фаз ВВ в покоящемся (й = 0) ТКЛ при т1 = т2 = т определяются выражениями:
Ф1о = 0 + 1Г/2 , Фцо= 0 - 1Г/2 (2.20)
Как и при Т) « 1 , устойчив лишь режим с разностью фаз Ф^о , если :
т! Э1 П[ (01 - 02 )/2] I > 5 [1 - {/ 1 + 8(1 + Г)) - 1 } /2 (1 + Т)) 3 (2.21)
При Т) « 1 (2.21) переходит в условие (2.18), полученное для малых Т)■