Обращение волнового фронта излучения CO2-лазеров с большой длительностью импульса на тепловых динамических голограммах в элегазе и органических жидкостях

• Автор: Соколов, Виктор Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 89 с.

Оглавление

Введение
Защищаемые положения
Глава 1. ОВФ импульсного, частотно-импульсного и непрерывного излучения С02-лазера при вырожденном четырехволновом взаимодействии (ВЧВВ) на тепловых динамических голограммах, записываемых в элегазе и органических жидкостях (обзор литературы)
Глава 2. Исследование энергетических параметров ВЧВВ
излучения С02-лазера в элегазе в режиме длинного
импульса накачки
Глава 3. Исследование теплофизических и оптических характеристик нелинейной среды ОВФ зеркала на элегазе при длинном импульсе накачки
Глава 4. Экспериментальное исследование динамических
характеристик ОВФ зеркала на элегазе
Глава 5. Численное моделирование стационарного ВЧВВ на
объемных динамических голограммах в движущейся среде (органической жидкости) с тепловой нелинейностью
Заключение
Литература.

Введение
В последние десятилетия в различных диапазонах спектра разрабатываются и используются на практике методы динамической коррекции волнового фронта излучения, основанные на использовании динамических голограмм, записываемых в нелинейных средах. В среднем ИК диапазоне спектра является перспективной схема вырожденного четырехволнового взаимодействия (ВЧВВ), реализующая обращение волнового фронта (ОВФ) лазерного излучения. В этой схеме [1] в нелинейную среду одновременно направляют три волны одной и той же частоты - две интенсивные волны накачки, распространяющиеся навстречу друг другу, и сигнальную волну с меньшей интенсивностью, распространяющуюся в направлении, отличном от направления распространения волн накачки. При интерференциии сигнальной волны и волны попутной накачки возникает пространственная модуляция диэлектрической проницаемости нелинейной среды - записывается динамическая голограмма (ДГ). При рассеянии волны встречной накачки на динамической голограмме восстанавливается волна с волновым фронтом, обращенным по отношению к волновому фронту сигнальной волны.
В экспериментах по ОВФ излучения мощных фотоионизационных ТЕА-СОг-лазеров, работающих в режиме короткого импульса (т„<1 мкс), наилучшие результаты были получены при использовании в качестве нелинейной среды элегаза (8Е6) [2].
В связи с появлением и развитием электроион изациоиных (ЭИ) СОг-лазеров, работающих в режиме длинного импульса (ти~ I СН20 мкс) [3+6], приобрела актуальность задача улучшения направленности их излучения. В активной среде (АС) этих лазеров и усилителей,

работающих в импульсно-периодическом режиме с прокачкой среды, развиваются мелкомасштабные неоднородности показателя преломления (с масштабом 1-г5 мм) вследствие газодинамических возмущений, обусловленных периодическим вкладом мощности в поток газа [7]. Эффект самовоздействия излучения в АС лазера и усилителя [8], связанный с зависимостью скорости колебательно-поступательной (У-Т) релаксации возбужденных молекул от интенсивности излучения, также приводит к возникновению неоднородностей активной среды, значительно ухудшающих направленность излучения ЭИ С02-лазеров
[91-
Решение задачи создания ЭИ ССЬ-лазеров с предельно малой расходимостью требовало использования методов нелинейной оптической коррекции, аналогичных тем, что были использованы для СОг-лазеров с короткой длительностью импульса, и в частности основанных на ВЧВВ в элегазе. Однако непосредственное использование этих методов в режиме длинного импульса оказалось достаточно сложной задачей. Помимо очевидного снижения эффективности ОВФ зеркала вследствие уменьшения более чем на порядок мгновенной мощности излучения, при разработке и оптимизации ОВФ зеркал было необходимо принять во внимание влияние тепловых процессов, развивающихся в нелинейной среде в течение импульса накачки. Дело в том, что в режиме длинного импульса накачки, длительность которого значительно превышает время колебательно-поступательной (У-Т) релаксации возбужденных молекул элегаза 1гт~1-н2 мкс при типичных давлениях газа в кювете, происходит значительный нагрев среды вследствие тепловыделения в области взаимодействия световых полей. В отличие от режима короткого лазерного импульса, это приводит к ряду новых эффектов,

Р(20) имеет большую величину. Энергия отраженной волны на линии Р(10) равнялась 500 мДж, на линии Р(20) - 160 мДж, а энергия сигнальной волны на тех же линиях - 540 и 660 мДж соответственно.
<2б/<3

012 3 4 5 6 7 б.мрад
Рис.2.5. Энергетические диаграммы направленности излучения [11]. (I) -о—сигнальная волна (линия Р(10)); отраженная волна: (2) линия Р(10), (3) -6-- линия Р(20); (4) расходимость накачки, прошедшей кювету; (5) -А— расходимость сигнальной волны после отражения от сферического зеркала.
Возможной причиной снижения качества является увеличение расходимости волн накачки при их прохождении через нелинейную среду.
Как показали эксперименты, при пропускании через кювету с элегазом одного пучка, его расходимость возрастает вдвое по сравнению с исходной (рис.2.5, кривая 4). Возникающее, на первый взгляд, противоречие между достаточно высоким качеством ОВФ излучения и наблюдаемым увеличением расходимости пучка объясняется тем, что при совместном действии двух волн накачки величина тепловой линзы, искажающей волновой фронт каждой из них, оказывается меньшей, чем в случае одной волны накачки. Этот факт объясняется тем, что