Низкочастотная динамика лазеров с инерционной активной средой

• Автор: Хандохин, Павел Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 301 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1 Особенности динамики лазеров с однородно уширенной линией

усиления

1.1 Классификация лазеров по соотношению релаксационных констант

1.2 Классификация лазеров по виду неоднородностей активной среды

1.3 Вывод исходных уравнений с учетом векторного характера взаимодействия поля с веществом и различных видов неоднородности активной среды

1.4 Одномодовый лазер класса С, модель Лоренца

1.5 Выводы

Г лава 2 Низкочастотная динамика многомодовых лазеров с однородной

активной средой, спектр релаксационных колебаний
2.1 Твердотельный одномодовый лазер
2.2 Твердотельные лазеры с резонатором типа Фабри-Перо: многомодовая модель в балансном приближении, спектры релаксационных колебаний, эффект исчезновения релаксационных колебаний в многомодовых лазерах
2.2.1 Стационарное состояние многомодового лазера
2.2.2 Многомодовый Фабри-Перо лазер: эффект исчезновения низкочастотных релаксационных колебаний
2.3 Твердотельные лазеры с оптоэлектронной обратной связью
2.3.1 Виды оптоэлектронной обратной связи
2.3.2 Дифференциальная оптоэлектронная обратная связь: управление устойчивостью стационарной генерации
2.3.2.1 Введение
2.3.2.2 Теория
2.3.2.3 Эксперимент
2.3.2.4 Дифференциальная оптоэлектронная обратная связь: подавление синфазных релаксационных колебаний и уровня шумов
2.3.2.5 Обсуждение результатов
2.4 Заключение
сентября 200~г.
Глава 3 Низкочастотная динамика двухмодовых лазеров с учетом
фазочувствительного взаимодействия мод
3.1 Введение
3.2 Динамика двунаправленного твердотельного лазера с кольцевым резонатором
3.2.1 Особенности динамики лазеров класса В с кольцевым резонатором
3.2.1.1 Введение, модель двунаправленных кольцевых лазеров
3.2.1.2 Двунаправленные режимы генерации, стационарные состояния,
спектр релаксационных колебаний
3.2.1.3 Взаимодействие релаксационных колебаний при изменении фазовой невзаимности резонатора и линейной связи встречных
волн
3.2.2 Влияние тонкой структуры линии усиления
3.2.3 Частотная динамика двунаправленного кольцевого лазера с
невзаимным резонатором в автомодуляционном режиме второго рода
3.2.4 Спектр релаксационных колебаний в автомодуляционном режиме
первого рода
3.2.4.1 Введение
3.2.4.2 Экспериментальное исследование автомодуляционного режима
ТКЛ в магнитном поле (при изменении фазовой невзаимности резонатора)
3.2.4.3 Модель ТКЛ с эллиптически поляризованными встречными
модами
3.2.4.4 Теоретические результаты
3.2.4.5 Обсуждение результатов и заключение
3.3 Динамика кольцевого лазера с полупроводниковой активной средой
3.3.1 Введение
3.3.2 Модель ТКЛ с полупроводниковой активной средой
3.3.3 Режимы генерации, спектр релаксационных колебаний, влияние
фазовой невзаимности резонатора
3.4 Динамика полупроводниковых лазеров с резонатором Фабри-Перо: двухмодовые модели в фазочувствительном приближении, спектры релаксационных колебаний
3.4.1 Введение
3.4.2 Модель
ентября 200“г.

3.4.3 Стационарные состояния и релаксационные колебания
3.4.4 Обсуждение
3.5 Заключение
Глава 4 Динамика твердотельных лазеров с продольной неоднородностью
ненасыщенного усиления вдоль резонатора
4.1 Балансная модель многомодового лазера с продольной неоднородностью распределения накачки вдоль оси резонатора
4.2 Конкурентное взаимодействие мод при изменении фактора заполнения резонатора активной средой
4.3 Влияние экспоненциального изменения поля накачки на конкурентное взаимодействие продольных мод лазера
4.3.1 Экспериментальные результаты
4.3.2 Сравнение экспериментальных результатов с теорией
4.4 Обсуждение результатов и заключение
Глава 5 Поляризационная динамика многомодовых твердотельных лазеров
5.1 Введение
5.2 Эффект наведенной лазером накачки анизотропии усиления в квазиизотропных активных средах
5.3 Поляризационная динамика волоконного лазера
5.3.1 Экспериментальная установка
5.3.2 Динамика волоконного лазера в режиме свободной генерации
о Влияние ориентации плоскости поляризации
ь) Спектр релаксационных колебаний
5.3.3 Динамика волоконного лазера с оптоэлектронной обратной связью
5.3.4 Теория волоконного лазера
5.3.4.1 Основные приближения
1) Эллиптическая поляризация собственных мод
2) Поле в резонаторе
3) Активная среда
5.3.4.2 Модель волоконного лазера
5.3.4.3 Результаты численного моделирования и сравнение с экспериментальными данными
5.4 Поляризационная динамика М:УАС лазера
5.4.1 Динамика многомодового биполяризационного лазера
сентября 200'г.

резонатор. Вектор поляризации Р отвечает за резонансное взаимодействие поля с активной средой. Исключение магнитного поля из уравнений (1.5) (см. [58]) приводит к волновому уравнению
У2£-§гасМу£ = ——+ _1.1_(еЁ + 4яр) (1.6)
с2 5? с 3?
Поскольку в данной работе не будут рассматриваться эффекты, связанные с поперечной неоднородностью поля и активной среды, то решение уравнения (1.6) будем искать в виде плоских поперечных волн (ось резонатора лазера направим вдоль оси г декартовой системы координат), для которых справедливы соотношения
,. = дЁх дЁу - д2Ё
<31 = —- +—— = 0, У£
дхду дг
Это позволяет записать (1.6) в виде
д2Ё _ 4 лег дЕ __д_
д2г с2 5? с2 б
Дальнейшее изменение (1.7) обусловлено процедурой разложения поля по модам «холодного» резонатора, которая позволяет перейти от уравнения (1.7) в частных производных к совокупности уравнений для амплитуд полей отдельных мод, записанных в обыкновенных производных. Далее учитываем, что в рассматриваемых задачах ширина оптического спектра значительно меньше частоты оптических колебаний. Это обстоятельство позволяет провести усреднение переменных по периоду высокочастотных колебаний.
Стандартная процедура получения укороченных уравнений сводится к переходу к новым (медленным во времени по сравнению с периодом оптических колебаний) переменным путем выделения некоторой средней частоты со [58]. При этом в окончательных уравнениях форма линии усиления без дополнительного обоснования не проявляется в явном виде, хотя она играет важную роль в динамике лазерной генерации. Мы модернизируем процедуру вывода укороченных уравнений, введя в рассмотрение частоты <2) отдельных мод. При наличии фазовой анизотропии резонатора ортогонально поляризованные моды, имеющие одинаковую пространственную структуру поля, имеют разные частоты со и со. С учетом этого обстоятельства представим поле в виде
сентября 200 "а