Генерация пико- и наносекундных лазерных импульсов с преобразованием частоты и их применение в спектроскопии и зондировании

• Автор: Першин, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 271 с. : ил.

Посвящается светлой памяти моих учителей
в экспериментальной лазерной физике и нелинейной оптике
А ХМ Л ИОВУ СЕР1 'ЕЮ АЛЕКСАНДРОВИЧУ,
КОВРИГИНУ АЛЕКСАНДРУ ИВАНОВИЧУ.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОЬЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГАВОТЫ
Цель диссертационной работы
Содержание и основные результаты
Глава 1. НОВЫЕ РЕЖИМЫ ГЕНЕРАЦИИ НАНО- И НИКОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ В ЛАЗЕРАХ НА СТЕКЛЕ И АИГ С НЕОДИМОМ
§1.1 Введение
§ 1.2 Генерация сдвоенных импульсов в АИГ:М3+ -лазере с управляемым в
диапазоне 20-100 не интервалом
§1.3 Теория и численный эксперимент
§1.4. Физический эксперимент
§1.5 Генерация цугов наносекундных импульсов с
интервалом 20-40 мке
§1.6 Генерация пикосекундных импульсов с пассивной синхронизацией мод
в неодимовом лазере с повышенной интеграцией элементов резонатора
§1.7 Генерация высокочастотных серии цугов пикосекундных импульсов
с частотой повторения до 60 кГц в пачке, длительностью до 200 мке «
§1.8 Прямая генерация укороченных цугов пикосекундных импульсов
Выводы
Глава 2. ГЕНЕРАЦИЯ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ В ДИАПАЗОНЕ 0.63 - 3 ,4 мкм ИМПУЛЬСОВ В ПГС, НАГРУЖЕННОМ НА ВКР-ГЕНЕРАТОР
Введение
§2.1 Конкуренция ВКР и параметрического усиления в ПГС на кристалле
йодата лития
п. 2.1.1 Уравнения ПГС, нагруженного на ВКР-генератор
§2,2 Квазистатическое приближение. Порог ВКР и эффект ограничения к.п.д.
параметрического генератора света
п. 2.2.1 Эффективный ВКР-генератор
§2.3 Нестационарный режим. Укороченные динамические уравнения для
связанных амплитуд полей
§2.4 Когерентное возбуждение существенно неравновесных оптических
фононов в кристалле йодата лития
§2.5 Экспериментальная установка
п. 2.5.1 Спектральные характеристики излучения ПГС с ВКР-генератором
п. 2.5.2 Энергетические характеристики излучения ПГС и ВКР компонент
п. 2.5.3 Оптимизация выходных параметров ПГС
§2.6 Применение ПГС для изучения дисперсии кубической резонансной
восриимчивости
§ 2.7 Выводы
Глава 3. ГЕНЕРАЦИЯ НИКОСЕКУНДНЫХ СПЕКТРАЛЬНО-ОГРАНИЧЕННЫХ ИМПУЛЬСОВ В ЛАЗЕРАХ, СИНХРОННО НАКАЧИВАЕМЫХ КОРОТКИМ ЦУГОМ ИМПУЛЬСОВ И ИХ
СЖАТИЕ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ
Введение
§3.1 Особенности четырехуровневой модели нестационарного
режима генерации синхронно накачиваемого лазера
§3.2 Предельные длительности импульсов генерации при
синхронной накачке
§3.3 Численный анализ лазера с синхронной накачкой цугом импульсов
§3.4. Стабилизация параметров пикосекундных лазеров на красителях,
синхронно накачиваемых коротким цугом импульсов
п.3.4.1 Стабилизация параметров синхронно накачиваемого лазера
со сверхтонким резонатором
п.3.4.2 Стабилизация параметров СНЛК с просветляющимся поглотителем
§3.5 Экспериментальное исследование генерации спектрально-ограниченных импульсов в лазерах на красителях с синхронной накачкой ограниченным цугом пикосекундных импульсов твердотельных лазеров
п.3.5.1 Режим мягкого возбуждения цугом импульсов лазера на КНФС
н.3.5.2 Режим жесткого возбуждения СНЛК с дополнительным
сверхтонким резонатором
§3.6 Генератор перестраиваемых субпикосекундных импульсов с компрессором
на одномодовом волоконном световоде
п.3.6.1 Компрессор на основе одномодового волоконного световода.
Оптимизация и настройка
п.3.6.2 Усилители на красителях, система накачки усилителей,
усиление субпикосекундных импульсов
п.3.6.3 Измерение длительности субпикосекундных импульсов
Выводы

достигает нулевая мода резонатора, занимающая центральную часть поперечного сечения элемента. Другие, высшие моды, достигают порога генерации соответственно в более поздние моменты времени. Так как глубина модуляции усиления значительна, особенно в режиме модуляции добротности, то пучки высших мод занимают пространственно те части поперечного сечения элемента, которые не были затронуты нулевой модой (или модами меньшего порядка) и сохранили пороговые значения инверсии населенности. При этом излучение лазера будет представлять собой один, два или три импульса, разнесенных как по времени, так и пространственно по поперечному сечению, представляющих различные поперечные моды резонатора.
Естественно, в режиме модуляции добротности резонатора лазера будут насыщаться различные по поперечному сечению пространственные области в пассивном модуляторе. Вводя в резонатор диафрагму с регулируемым диаметром, можно менять отношение потерь на различных поперечных модах (на высших модах в первую очередь) и, как следствие этого, управлять задержкой между импульсами.
Модель. Для проверки этого предположения была разработана численная модель двухимпульсного лазера с пассивным модулятором добротности, структурная схема которого представлена на рис. 1.1. Схема состоит из пространственно протяженной квазидвухуровневой среды 1, на вход которой поступает излучение лампы накачки, спонтанные шумы на частоте генерации и задержанный на длину резонатора лазера

сигнал положительной обратной связи. Усиленные в активной среде 1 фотоны поступают на преобразователь уровня сигнала 2, между которыми расположена протяженная квазидвухуровневая насыщающаяся среда 3. Преобразователи уровня сигнала необходимы из-за резкого различия в интенсивностях насыщения в усиливающей, активной среде и поглощающем кристалле пассивного модулятора добротности внутри резонатора.
Далее фотоны попадают в блок дифракционных потерь 4, где в зависимости от

числа Френеля Ы=с1 /421, (/-диаметр диафрагмы, Л-длина волны генерации, /--длина резонатора) и от номера поперечной моды они ослабляются. В блоке 5 происходит дальнейшее ослабление сигнала, не зависящее от номера моды, которое соответствует потерям на отражение от торцов оптических элементов, нерезонансным потерям внутри нелинейных сред, рассеянию и т.д.
Блок 6 соответствует выходному зеркалу резонатора, где часть излучения отражается и попадает в блок управляемой задержки 7 и далее на "глухое" зеркало 8. Оставшаяся часть излучения суммируется по времени с другой модой и попадает в блок