Твердотельные лазеры с внутрирезонаторным преобразованием частоты в режиме цуга импульсов при модуляции добротности пассивным затвором

• Автор: Маслов, Алексей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОБЩИЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ ПРОЦЕССОВ ГЕНЕРАЦИИ В ЛАЗЕРЕ С ПАССИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ В РЕЖИМЕ ЦУГА ИМПУЛЬСОВ

1Л. Система дифференциальных уравнений в частных производных для

лазера с поляризационной анизотропией резонатора з

1.2. Форма нелинейного коэффициента преобразования при генерации суммарной частоты в кристаллах
1.3. Приближения и упрощения, используемые при выводе и анализе системы дифференциальных уравнений

ГЛАВА II. ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ГЕНЕРАЦИИ В ЛАЗЕРЕ С ПАССИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ И

ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ

2.1. Условия применимости усредненных балансных уравнений.

2.2. Световая мощность и скорость накачки.

2.3. Система усредненных балансных уравнений для одномодового лазера

2.4. Энергетические и временные зависимости цуга импульсов
ГЛАВА III. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ С ПАССИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ И
ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ
3.1. Поляризационные свойства оптических элементов резонаторов
3.1.1. Поляризационные свойства активной среды
3.1.2. Поляризационные свойства пассивного затвора
3.1.3. Поляризационные свойства нелинейного элемента
3.1.4. Экспериментальные исследования влияния поляризации основного излучения лазера па эффективность генерации
второй гармоники.
3.2. Деполяризационные потери резонатора и методы их устранения
ГЛАВА IV. МАТРИЧНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА
4.1. Матричный метод расчета поляризационных эффектов в резонаторе лазера
4.1.1. Вектор и матрица Джонса
4.1.2. Матрицы Джонса для оптических элементов резонатора
4.2. Экспериментальные исследования поляризационных эффектов в резонаторе лазера.
4.2.1. Влияние наведенного двулучепреломления в АИГИсР на поляризационные характеристики излучения лазера.
4.2.2. Влияние анизотропии нелинейного поглощения в пассивном затворе АИГ Сг4 на поляризационные характеристики излучения лазера.
4.2.3. Влияние эффектов селекции поляризации в активном элементе и пассивном затворе на эффективность внутрирезонаторной генерации второй гармоники в кристалле КТР
ГЛАВА V. ПРИБОРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА ГЕНЕРАЦИИ ЦУГА ИМПУЛЬСОВ НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 2 НМ В АВТОНОМНОМ ПЕРЕНОСНОМ ЛАЗЕРЕ С ИМПУЛЬСНОЙ НАКАЧКОЙ
5.1. Оптические элементы резонатора лазера.
5.2. Оптическая и электрическая схемы лазера.
5.3. Конструкция лазера
5.4. Результаты разработки и испытаний лазера
5.5. Применение лазера в биомедицинских исследованиях и системах мониторинга окружающей среды.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Режим генерации цуга импульсов излучения в пределах одного импульса накачки, характерный для модуляции добротности резонатора с помощью пассивного затвора, открывает новые возможности увеличения энергии импульса второй гармоники. В этом режиме возможно получение высокой суммарной энергии цуга импульсов, как при малых, так и при высоких энергиях отдельного импульса. При повышении энергии накачки энергия каждого импульса остается практически постоянной, зато увеличивается количество импульсов в цуге. При этом суммарная энергия импульсов второй гармоники может достигать значений более 0 мДж вдали от порога оптического разрушения элементов резонатора. В отличие, например от лазера на парах меди, обеспечивающего частоту повторения импульсов кГц, частота повторения импульсов в цуге лазера на АИГ Ис может составлять до 0 кГц и более. Дж при длительности импульса не. В качестве примеров возможного использования режима генерации цуга импульсов на частоте второй гармоники лазера на АИГШ могут служить применения лазера в биомедицинских исследованиях и системах мониторинга окружающей среды. Данные об оптических свойствах объектов на молекулярном и клеточном уровне, а также на уровне тканей и организма в целом, быстро накапливаются. В результате для некоторых биомедицинских применений и мониторинга атмосферы требуются специфические режимы работы лазерных излучателей. Одним из них является режим, обеспечивающий высокую суммарную энергию цуга импульсов при относительно невысокой пиковой мощности отдельного импульса в видимой области спектрального диапазона. Лазер в режиме генерации цуга импульсов может использоваться в случаях, когда необходимо воздействовать на объект энергией лазерного излучения распределенной по нескольким импульсам во временном интервале порядка 0 мкс, для которых не подходят непрерывный и моноимпульсный режимы генерации 3. Теоретическое и экспериментальное исследования, разработка и создание лазера с пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники, который обеспечивает стабильные выходные характеристики, требует учета и контроля большого числа параметров. Важными факторами, влияющими на работу лазера, являются форма импульса и скорость накачки, распределение коэффициента усиления в активной среде, нелинейность характеристик пассивного затвора, активной среды и преобразователя частоты, а также форма нелинейных коэффициентов преобразования и поляризационная анизотропия оптических элементов резонатора. Сочетание в резонаторе нелинейного поглотителя и нелинейного преобразователя, а также нетрадиционного режима генерации значительно сказывается на временных, энергетических и поляризационных харакгеристиках лазерного излучения ,,9. Поэтому существует необходимость более глубокого теоретического и экспериментального исследования данного режима генерации твердотельных лазеров. Изучение данного вопроса потребовало решения отдельной научнотехнической задачи по созданию физикоматематической модели лазера с пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники, экспериментальному исследованию режима генерации цуга импульсов второй гармоники, оптимизации параметров элементов и схемы резонатора лазера, а также приборной реализации режима генерации цуга импульсов второй гармоники при импульсной накачке. Целью данной диссертационной работы является исследование процессов внутрирезонаторной генерации второй гармоники излучения твердотельных лазеров с пассивной модуляцией добротности резонатора в режиме генерации цуга импульсов с точки зрения особенностей их протекания, повышения эффективности генерации второй гармоники, оптимизации элементов и схемы резонатора лазера, а также создание на базе . Создать физикоматематическую модель лазера с пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники. Провести теоретическое и экспериментальное исследование процессов внутрирезонаторной генерации второй гармоники в режиме цуга импульсов. Определить основные особенности развития генерации второй гармоники в резонаторе с пассивным затвором.