Оптотехника мощных твердотельных лазеров

• Автор: Храмов, Валерий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 362 с. : ил

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Оптотехника мощных твердотельных лазеров и проблема

увеличения яркости излучения лазеров

1.2. Методы расчета характеристик пространственных мод

в оптических резонаторах

1.3. Применение приближения геометрической оптики при исследовании

и разработке оптических резонаторов твердотельных лазеров.

Глава 2. Исследование внутрирезонаторных оптических элементов

2.1. Исследование оптического качества активных элементов

твердотельных лазеров.
2.2 Исследование и оптимизация систем оптической накачки твердотельных лазеров
2.3. Тсрмоиндуцированные аберрации оптических элементов твердотельных лазеров
2.4. Исследование нелинейности показателя преломления
элементов оптических схем лазеров.
Глава 3. Моделирование пространственновременных характеристик излучения твердотельных лазеров с учетом изменения параметров активной среды в процессе генерации
3.1. Дифракционная модель твердотельного лазера с активной средой
3.2. Исследование твердотельного лазера с внутрирезона горным телескопом.
3.3. Исследование пространственноэнергетических характеристик
внутрирезонаторных параметрических генераторов света.
Глава 4. Применения градиентных зеркал в резонаторах мощных
твердотельных лазеров
4.1. Основы использования градиентных элементов в лазерной технике
4.2. Моделирование пространственноэнергетических характеристик твердотельных лазеров с градиентными зеркалами
4.3. Экспериментальные исследования характеристик твердотельных
лазеров с градиентными зеркалами
Глава 5. Примеры разработок мощных твердотельных лазерных
систем различного назначения.
5.1. Лазерный излучатель для космической программы Фобос
5.2. Мощные высокоэффективные компактные твердотельные лазеры
для систем космической связи и дистанционного зондирования
5.3. Сверхлегкий лазерный излучатель для блока дальномера приборного комплекса спускаемого аппарата космической программы Марс
5.4. Квазинепрерывные лазерные излучатели высокой яркости для комплексов дистанционного мониторинга атмосферы.
5.5. Лазерные излучатели для стоматологических комплексов
ЛАЗМА и X
5.6. Ультрафиолетовый 0 нм твердотельный лазер
5.7. Исследование мощного лазера на неодимовом стекле
Заключение
Литература


Ь* = Ъ,+Ьг-Ь-Ь. Г-фокусное расстояние тепловой линзы, Ц- расстояние от ^зеркала до плоскости расположения тонкой тепловой линзы, Г^-радиусы кривизны зеркал. Траектория рабочей точки резонатора на конфигурационной диаграмме g|g2 при изменении оптической силы тепловой линзы представляет собой прямую ЛИНИЮ. Условия стабилизации угла расходимости излучения и постоянства выходной мощности при изменении оптической силы тепловой линзы являются противоречивыми и не моїуг выполняться одновременно. Меньшая чувствительность резонатора к разъюстировке наблюдается при работе в 1 зоне устойчивости. Данная зона определяется условием, что в одной из граничных точек зоны тепловая линза точно строит изображение плоскости установки одного зеркала на плоскость установки другого зеркала. Технические требования на резонатор TJ1 включают, как правило, большое количество ограничительных параметров, которые необходимо учитывать при выполнении расчета резонатора. К основным ограничительным параметрам следует отнести длину резонатора, диаметр активного элемента, диапазон изменения мощности накачки активного элемента, угол расходимости излучения генерации, требования к стабильности выходной мощности лазера и лучевой стойкости диэлектрических покрытий зеркал резонатора. Многопараметричность задачи расчета резонатора определяет безусловную необходимость иметь в наличии компьютерную программу расчета основных характеристик резонатора. Созданная в настоящей работе компьютерная программ LASCA позволяет производить вес необходимые вычисления параметров резонатора с применением аппарата ABCD-матриц и находить приемлемые решения для искомых конфигураций оптических резонаторов. Примеры применения программы LASCA будут приведены в разделах 5. Рис. Зависимость радиусов кривизны зеркал резонатора 1/Я| и 1/Яг и параметра разъюстировки резонатора Б от расстояния Ьі между зеркалом 1 и активным элементом (плоскостью размещения тепловой линзы). Цифры на кривых соответствуют номинальному значению фокусного расстояния тепловой линзы в см, общая длина резонатора 0 см, длина волны 1. Я|<0 Рисунок заимствован из работы []. Применение приближения геометрической оптики при исследовании и разработке оптических резонаторов твердотельных лазеров. Геометрооптическое приближение дает достаточно мощный аппарат определения характеристик неустойчивых резонаторов, в том числе применяемых и для построения твердотельных лазеров. В работах [2] достаточно подробно рассмотрены условия применимости приближения геометрической оптики для описания свойств неустойчивых резонаторов, в т. Изменение положения лучей на протяжении большей части сечения неустойчивого резонатора столь велико, что небольшие аберрации на траекторию луча практически не влияют. Поэтому ход лучей в неустойчивом резонаторе можно считать совпадающим с ходом лучей при идеально изотропной среде, а величину искривления волнового фронта определять как разность оптических путей по соответствующим траекториям [2]. В настоящей работе приближение геометрической оптики применялось для оценки влияния наведенных термооптических неоднородностей на угловую расходимость излучения мощного твердотельного лазера на неодимовом стекле. При расчетах углового спектра на выходе телескопического резонатора использовалось основное приближение геометрооптического рассмотрения о том, что основной вклад в искажение волнового фронта вносит неоднородность показателя преломления активной среды, а влияние дифракции мало. При расчетах предполагалось также, что телескопический резонатор и наведенные тепловые неоднородности обладают радиальной симметрией. При многократном обходе резонатора разность оптических пугей для лучей с радиальными координатами х и х=0, т. Здесь п(г) - радиальная зависимость показателя преломления. В-ХА„г2" (1. Ві? А„ С(р„г), (1. Нормировка выполнена так, что ^Ав =1 и ]ГАП со5(Рп) = 1. С умістом (1. А(г) = -. А.(г) = -Г-Р,(г) (1. Е(и,) = 2ІС{иг-Є(г)-3„(ли,г)с1г (1. X/ 2а) функция Бесселя. Приведенные выше соотношения применялись в разделе 2.