Динамика длительной генерации лазера при активной синхронизации мод

• Автор: Смирнов, Леонид Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава I. Обзор литературы. (История вопроса)
Глава II. Релаксационные колебания импульсов синхронизации мод в случае
внешней модуляции потерь и диэлектрической проницаемости
§1. Численное решение для цугов гауссовых импульсов синхронизации

§2. Вывод уравнений для комплексных амплитуд продольных мод с учетом поляризации активной среды и гармонической модуляции ее параметров
§3. Уравнения релаксационных колебаний электромагнитного поля при длительной синхронизации мод
§4. Сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными и
теоретическими данными
§5. Заключение
Глава III. Генерация импульсов синхронизации мод при вынужденной модуляции
потерь с учетом влияния дисперсии активной среды
§1. Вывод уравнений для действительных амплитуд и фаз продольных мод в условиях гармонической модуляции потерь
§2. Определение количества вошедших в синхронизацию мод с учетом дисперсионных свойств среды резонатора
§3. Амплитудное распределение синхронизованных мод при формировании импульса
§4. Заключение
Глава IV. Исследование механизмов синхронизации мод при модуляции показателя преломления
§1. Уравнения для амплитуд и фаз продольных мод в случае фазовой синхрониза-

§2. Исследование влияния дисперсии на процесс фазовой синхронизации
§3. Заключение
Глава V. Развитие коротких импульсов лазерного излучения при использовании в резонаторе нелинейного зеркала
§1. Введение
§2. Аналитическое исследование развития длительности и формы импульса при
использовании нелинейного зеркала
§3. Заключение
Основные результаты
Приложение
Приложение II
Литература
Введение.
§1. Предмет исследования.
Метод активной синхронизации мод (АСМ) в твердотельных лазерах занимает важнейшее место в технике получения сверхкоротких световых импульсов. С момента первой реализации этого метода на практике в 1963 г. [1] его значение, несмотря па разработку новых эффективных методов, позволяющих получить более короткие импульсы излучения, не только не упало, но и существенно возросло. Связано это главным образом с тем, что в настоящее время метод активной синхронизации мод является единственным, который при относительной простоте реализации позволяет получать стабильные и достаточно мощные сверхкороткие импульсы. Необходимость в этих импульсах обусловлена прежде всего развитием областей, связанных, в основном, с лазерными информационными системами, в которых стабильность параметров используемых импульсов излучения, а также их сверхмалая длительность обеспечивают большую плотность и точность получаемой информации. Это такие области, как лазерные локация, связь, дальномет-рия, оптические компьютеры. Кроме того, в таких областях как космическая локация, дальнометрия, требуются довольно мощные импульсы, чтобы при прохождении большого слоя атмосферы они смогли достичь цели и, рассеявшись, возвратиться на приемник, имея при этом достаточный уровень отношения сигнала к шуму.
Все это вызывало и вызывает постоянный интерес к схемам лазеров с АСМ. Вместе с тем исследования в этой области в настоящее время ведутся главным образом в экспериментальном плане, т.е. выявляются наиболее эффективные схемы с АСМ, создаются более широкополосные и наименее подверженные разрушению активные среды, изучаются полупроводниковые лазеры с активной синхронизацией, ищутся наиболее эффективные акустооптические и электрооптиче-ские модуляторы.
Основные теоретические исследования в области АСМ были проведены в конце 60-х - начале 70-х годов. Не затрагивая истории развития этих исследований, следует отметить, что все они проводились в рамках двух независимых методов описания происходящих в лазере процессов синхронизации мод, которые условно можно назвать временным и модовым подходами. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. Остановимся кратко на их описании.

Глава II. Релаксационные колебания импульсов синхронизации мод в случае внешней модуляции потерь и диэлектрической проницаемости.
§1. Численное решение для цугов гауссовых импульсов синхронизации мод.
Пусть в резонаторе лазера внешним образом модулируются потери излучения. Рассмотрим численную модель длительной генерации в твердотельном лазере в этом случае. Известно, что при совпадении частоты модуляции с частотой межмодовых биений лазер начинает генерировать излучение в режиме синхронизации мод, который характеризуется образованием последовательности коротких лазерных импульсов. Развитие во времени одного из этих импульсов и составляет предмет исследования данной главы.
Процесс временного развития импульсов синхронизации мод можно проанализировать на основе численного решения балансных уравнений с использованием определенных предположений о форме лазерного импульса и о характере его распространения внутри резонаторе. Как известно, основными моментами, определяющими развитие во времени излучения в лазере, являются усиление в активной среде и потери в резонаторе. Применительно к импульсам синхронизации мод эти два противодействующих процесса в большинстве работ считались постоянными во времени, а величины их характеризующие, приблизительно равными друг другу. Отличительной особенностью данной работы является учет изменения во времени инверсной населенности активной среды на протяжении всего времени исследования развития импульса при постоянном уровне потерь в резонаторе. Фазовые условия синхронизации мод будут учитываться тем, что максимумы импульсов будут проходить модулирующее устройство через один и тот же временной интервал, равный времени полного обхода резонатора импульсом излучения, т.е. расчет будет проводиться в условиях, когда частота модуляции совпадает с частотой межмодовых биений.