Исследование тепловых решеток в нелинейных средах для коррекции искажений в оптических системах на основе ЭИ СО2-лазеров

• Автор: Степанов, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Оглавление

Введение
Защищаемые положения
Глава 1. Тепловые решетки в нелинейных средах и компенсация аберраций волнового фронта излучения электроионизационного С02-лазера методами обращения волнового фронтам динамической голографии (Обзор литературы)
1.1. Исследование динами ки тепловой решетки плотности при ЧВВ излучении ЭИ С02-лазера в ББб
1.2. ОВФ при ЧВВ в активной среде импульсного ЭИ С02-лазера
1.3. Использование методов ОВФ и голографических методов для коррекции аберраций телескопических систем
Глава 2. Исследование динамики оптического качества тепловых решеток показателя
преломления при ЧВВ в 5Бб
2.1. Деградация решетки плотности при постоянных в пространстве профилях световых полей
2.2. Быстродействие тепловых решеток при изменении во времени
фазы сигнальной волны
Выводы
Глава 3. Исследование динамики процесса ЧВВ в активной среде
импульсно-периодического электроионизационного С02-лазера
3.1. Краткий анализ процессов в газовой нелинейной среде, влияющих на динамику ЧВВ в активной среде ЭИ С02-лазера
3.2. Экспериментальные исследования динамики коэффициента отражения при ЧВВ в активной среде макета ЭИ С02-лазера и ЭИ С02-усилителя
3.2.1. Результаты исследований ЧВВ в активной среде
усилительного тракта
3.2.2. Результаты исследований ЧВВ в активной среде лазера
3.2.3. Анализ результатов проведенных исследований
3.3. Характеристики ЧВВ в активной среде проточной разрядной камеры импульсно-периодического ЭИ С02-лазера

3.4. Исследование компенсационных возможностей ОВФ при ЧВВ в активной
среде импульсно-перисдического ЭИ СОг-лазера
3.4.1. Эксперименты по исследованию коррекции искажений в усилителе
3.4.2. Сравнительное исследование степени коррекции искажений в телескопической системе с составным главным зеркалом методом ЧВВ в 34;ЗРб и в активной среде ЭИ СОг-лазера
в импульсном режиме работы
3.4.3. Результаты исследований ОВФ-компенсации искажений телескопической системы с составным главным зеркалом
в импульсно-периодическом режиме работы
Выводы
Глава 4. Динамическая голографическая коррекция аберраций наблюдательных
и формирующих систем на основе ЭИ СОг-лазеров
4.1. Коррекция аберраций наблюдательных систем с использованием
в качестве нелинейной среды ББб
4.2. Коррекция аберраций формирующих систем методом
"квазичетырехволнового ОВФ"
Выводы
Заключение
Благодарности
Литература

Введение.
В настоящее время для компенсации динамических аберраций волнового фронта лазерных пучков широко используются различные методы обращения волнового фронта (ОВФ). ОВФ позволяет компенсировать не только сравнительно медленные аберрации,

вносимые оптическими элементами, но и фазовые возмущения волнового фронта, возникающие в лазерных системах в процессе самой генерации. Основными параметрами, определяющими применимость того или иного метода ОВФ в лазерных системах, являются эффективность, быстродействие и качество ОВФ-зеркала.
Для СОт-лазеров с длиной волны излучения 10,6 мкм наиболее развитым методом ОВФ является четырехволновое взаимодействие (ЧВВ) этого излучения в различных нелинейных средах. Исследованию физических процессов, определяющих применимость этого метода для коррекции волнового фронта лазерных систем, создаваемых на основе мощных импульсно-периодических электроионизационных (ЭИ) СОг-лазеров с длительностью импульса 10 ч- 20 мкс, и посвящена данная работа.
Основной целью данной работы являлось исследование физических процессов, определяющих качество и быстродействие ОВФ при ЧВВ излучения электроиони-зационного СОг-лазера с длительностью импульса 10 ч-20 мкс в наиболее перспективных средах с тепловой нелинейностью, а также возможности компенсации аберраций телескопических систем с использованием тепловой решетки показателя преломления на основе единого подхода к использованию методов ЧВВ и динамической голографии.
Наилучшие результаты по эффективности процесса ЧВВ излучения такого лазера были получены ранее в элегазе ББв (см. главу 1). В этом случае обращенная волна формируется, в основном, за счет тепловой нелинейности - зависимости показателя преломления от температуры газа. Результаты исследований пространственно-временной структуры тепловой голограммы в ББб, выполненные в данной работе с использованием интерферометрических методов и более совершенной цифровой контрольноизмерительной аппаратуры, позволили обнаружить ряд новых особенностей, определяющих динамику процесса ЧВВ в течении импульса генерации, и определить предельное быстродействие ОВФ-зеркала при ЧВВ в 8Р6.
Использование активной среды в качестве нелинейной для ЧВВ позволяет не только заменить поглощающую среду на усиливающую, но исключить из схемы узел формирования опорных волн в случае внутрирезонаторного ЧВВ. К моменту постановки работы в литературе практически отсутствовала информация о качестве ОВФ при ЧВВ в
жении, когда/1//0 «0,1,1Ио~Ап2. Таким образом в рассматриваемом приближении динамика отражения будет определятся динамикой изменения показателя преломления среды.
Изменение населенности колебательных уровней при двухуровневой модели для резонансных газов описывается уравнением [9]:
Е(Г,1)

(2.1)
где Т - время релаксации заселенностей, О - коэффициент диффузии, А - параметр
нелинейности, Е - амплитуда светового поля.

Если далее считать, что Е(г,1) есть функция только поперечной координаты х и Щх,1) = Ио+Ш({)/{х), где Дх) - есть некая периодическая функция пространственной

координаты, то ДЛ? = —— = ц" 8Ы, где а=2лв!Х, в- угол сведения пучков.
дх '
В этом случае уравнение (2.1) сводится к линейному дифференциальному уравнению:
д(8К) |
4 ---TSN = АЕ(х,1) , (2.2)

Г = —-£>
Т V Л
По определению т= 1/Г - есть постоянная времени релаксации решетки населенностей.
Для тепловой решетки изменение показателя прсло.цления, когда и, > 4а, где 4 -длительность импульса, а 4а - газодинамическое время - время, за которое звуковая волна пробегает период решетки (время выравнивания давления), верно равенство:
сіп (дп (ІТ др)
др (аЛ
т+Кат) (2'3

1 ідр
Здесь —— - коэффициент объемного теплового расширения газа, где р - плотность, р о! *

- характеризует температурную зависимость показателя преломления. В случае

чисто температурной зависимости показателя преломления .(согласно [12] именно такая зависимость дает основной вклад в 8п при ВЧВС в БРб) изменение температуры во времени будет описываться уравнением: