Исследование эффективности генерации волноводных CO2 лазеров с перестройкой частоты излучения

• Автор: Реушев, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОД РАСЧЕТА СТРУКТУРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
ВОЛНОВОДНОГО ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА (ВГЛ) В СРЕДЕ С УСИЛЕНИЕМ.
ГЛАВА 2. С02 -ВГЛ С КОМБИНИРОВАННЫМ ВОЗБУЖДЕ
НИЕМ
2.1. Постановка задачи. Описание методики измерений
2.2. СОг - волноводный усилитель с комбинированным
возбуждением.
2.3. СОг-ВГЛ с комбинированным возбуждением
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. СОг - ВГЛ НА ПОЛОСЕ СЕКВЕНЦИИ
3.1. Постановка задачи. СОг-ВГЛ на полосе секвенции
3.2. Описание методики измерений
3.3. Оптимизация параметров СОг -ВГЛ
3.4. СОг-ВГЛ с внутрирезонаторной поглощающей ячей
кой.
3.5. СОг-ВГЛ с дифракционным отражающим интерфе
рометром.
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. ЛАЗЕРНЫЙ ОПТИКО - АКУСТИЧЕСКИЙ ГА
30АНАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ СОг
4.1. Описание модели ОА - газоанализатора
4.2. Схема экспериментальной установки
4.3. Оптимизация параметров газоанализатора
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Важным условием развития квантовой электроники как одного из направлений современной физики является объединение результатов не только фундаментальных исследований в этой области, но и развитие инженерных достижений, позволяющих создавать приборы нового типа, имеющие широкое поле приложений. Примером такого объединения в области квантовой электроники является появление в 1971 г. волноводных газовых лазеров (ВГЛ) [1].
Приборы на основе ВГЛ используются в медицине, военной технике, технологии прецизионной обработки материалов, научных исследованиях и других областях. В настоящее время разработку различных типов ВГЛ и приборов на их основе ведут большинство крупных стран мира: США, ФРГ, Японии, Франции, Великобритании, Китая и России в направлении создания атомарных, молекулярных, ионных и эксимерных ВГЛ, работающих в непрерывном или импульсном режиме работы.
Принципиальное отличие ВГЛ от традиционных лазеров обусловлено наличием у ВГЛ волноводных резонаторов света, т.е. резонаторов, в которых распространение излучения происходит посредством распространения волноводных мод , но не мод свободного пространства, характерных для традиционных газовых лазеров [ 2 ]. При этом в качестве волноводов используют полые диэлектрические или металло-диэлек-трические направляющие структуры, где волновод выполняет сразу несколько функций. Во - первых, внутренняя поверхность волновода ограничивает объем, заполненный активной средой. В этом случае от свойств материала волновода, его плазмохимической стойкости и теплопроводности, во многом зависит режим работы ВГЛ, в том числе стабильность газового состава активной среды и связанный с ней срок службы ВГЛ. Во - вторых, волновод служит каналом, по которому распространяется излучение, при этом он является составной частью волноводного резонатора и определяет модовый состав излучения.
Наличие у резонатора ВГЛ волновода обуславливает появление дополнительных потерь излучения. Если для традиционного открытого резонатора характерны только дифракционные потери, то здесь появляются дополнительные волноводные потери, связанные с выходом части излучения, распространяющегося по полому волноводу, в материал волновода. Волноводные потери вместе с потерями на согласование собственных мод волновода с модами свободного пространства и потерями на связь с оптическими элементами, использующимися для организации обратной связи в оптическом резонаторе, образуют собственные потери волноводного резонатора. От таких потерь зависят выходная мощность и расходимость излучения, структура лазерного пучка и в целом эффективность ВГЛ.
Наибольшие усилия специалистов в области ВГЛ сконцентрированы на создании волноводных отпаянных газовых СОг лазеров (СОг - ВГЛ) непрерывного действия. Прежде всего , это связано с тем, что именно в непрерывных СОг лазерах волноводный режим проявляется в наибольшей степени и проявляет свои достоинства по сравнению с традиционными молекулярными СОг лазерами, использующими для формирования излучения открытые оптические резонаторы. В первых конструкциях СОг - ВГЛ в качестве разрядного канала использовались диэлектрические волноводы. Уже в начале исследований [3] было установлено, что материал стенок волновода должен обладать определенными оптическими характеристиками на рабочей длине волны СОг -ВГЛ. Необходимость выбора материала волновода обусловлена несколькими причинами. Во- первых, это низкая эффективность первых СО2 -ВГЛ вследствие недостаточной теплопроводности стенок волновода. Во- вторых, сильной зависимостью величины волноводных потерь от оптических свойств диэлектрика в ИК - диапазоне. В последнее время были разработаны различные типы СО2 - ВГЛ, примеры описания которых можно найти в обзорах [7 - 10]. Для их волноводов исполь-
ГЛАВА 2. СОг -ВГЛ С КОМБИНИРОВАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ.
2.1 Постановка задачи. Описание методики измерений.
Структура РПТ и ВЧЕР, процессы возбуждения активных сред в газонаполненных волноводах исследовались достаточно активно, и накоплен значительный опыт для понимания этих процессов. Несмотря на внешнее различие, оба разряда подобны друг другу и формируют термодинамически неравновесную плазму в слабо ионизированном газе (п~1018см'3), при небольшой мощности выделения джоулева тепла 0іУ~100 Вт/см3) для типичных лазерных смесей (СОг-№-Не). Особенности того или иного типа разряда зависят обычно от конкретной технической реализации и имеют инженерно- физическую природу. В этой связи, представляет интерес применение для возбуждения СОг- ВГЛ комбинированного разряда, в котором продольный высоковольтный РПТ и поперечный ВЧЕР используются одновременно.
В настоящей главе приведены результаты экспериментальных исследований волноводного усилителя (ВУ) излучения СОг - лазера и СОг -ВГЛ с комбинированным ВЧЕР и РПТ возбуждением.
С целью исследования энергетических характеристик и проведения качественного анализа явлений, происходящих в СОг - ВУ и ВГЛ с комбинированным возбуждением, была создана экспериментальная установка, схема которой приведена на рис. 2.1. Излучение зондирующего лазера (1) с помощью делителя (2) разделялось на два луча. Один из лучей направлялся в измеритель мощности лазерного излучения (3), используемый для контроля за интенсивностью зондирующего лазерного излучения . Второй луч направлялся через канал волноводного усилителя лазерного излучения на вход измерителя мощности излучения (6).