Электронное внутрирезонаторное управление и методы расчёта параметров излучения CO2-лазеров с высокочастотным возбуждением

• Автор: Кириллов, Иван Михайлович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИКИ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ И МЕТОДОВ ИХ РАСЧЁТА
1.1 Анализ известных конструкций лазеров
1.2 Конструкции дисковых С02-лазеров
1.3 Методология расчёта одиночных и связанных пустых

лазерных резонаторов
1.4 Методы учёта активной среды
1.5 Результаты первой главы
2. АНАЛИЗ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В РЕЗОНАТОРАХ С02-ЛАЗЕР0В
2.1 Синтез алгоритма расчёта АФР поля в широкоапертурных

лазерных резонаторах
2.2 Исследование АФР поля в квазиустойчивом резонаторе
2.3 Дифракционный интеграл для поперечно-неоднородных

активных сред
2.4 Расчёт лазерных резонаторов при квантово-кинетическом
описании активной среды шеститемпературной моделью
2.5 Исследование зависимости усиления активной среды от интенсивности оптического излучения
2.6 Исследование влияния радиальной неоднородности активной
среды на структуру внутрирезонаторного оптического поля
2.7 Результаты второй главы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИНДУЦИРОВАННОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ в со2-лазерах при комбинированном ВОЗДЕЙСТВИИ НА АКТИВНУЮ СРЕДУ
3.1 Электронное внутрирезонаторное управление диаграммой

направленности

3.2 Конструктивные особенности натурных моделей ССЬ-лазеров с электронно-управляемой диаграммой направленности
излучения
3.3 Результаты экспериментальных исследований натурных
моделей
3.4 Результаты третьей главы
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Среди газовых лазеров наиболее широкое практическое применение нашли С02-лазеры. Являясь молекулярными лазерами, работающими на колебательно-вращательных переходах молекулы углекислого газа, С02-лазеры характеризуются высокой эффективностью преобразования энергии накачки в энергию когерентного оптического излучения. Характерная длина волны излучения С02-лазеров (10,6-10 6 м) позволяет использовать их для обработки материалов, в медицине, в научных исследованиях, для решения задач га-зоанализа, а так же оборонных задач.
Перспективными приложениями С02-лазеров являются системы открытой атмосферной оптической связи и оптической локации. Важным требованием к когерентным излучателям в таких системах является возможность электронного управления диаграммой направленности в широком секторе азимутальной плоскости.
Задача повышения выходной мощности С02-лазеров за счёт увеличения объёма активной среды осложняется тем, что один из размеров области разряда в рабочей смеси газов должен быть небольшим, что необходимо для эффективного возбуждения плазмы активной среды и её охлаждения.
Работы в указанных областях ведутся во многих научно-технических центрах: в Институте общей физики им. А. М. Прохорова РАН (Москва), НПО «Плазма» (Рязань), ГОИ им. С. И. Вавилова (Санкт-Петербург), Институте лазерной физики СОР АН (Новосибирск), НКТБ «Феррит» (Воронеж), United Technologies Corporation (США), Universal Laser Systems (США), Syn-rad, Inc (США). Широко известны работы Ю. А. Ананьева, Е. Ф. Ищенко, В. П. Быкова, Н. Н. Елкина, А. П. Напартовича, В. Виттемана, Г. Сегъюна, Д. Холла.
Однако, существующих математических моделей и методов расчёта оптических резонаторов не достаточно для инженерной разработки и проектирования С02-лазеров новых типов. В частности, известные квазиустойчи-

для полей г+, и,- распространяющихся вдоль оси г, и у_, м_ распространяющихся в противоположном направлении. Коэффициенты отражения зеркал определялись функциями

г2(х)

х <а{,
О, |х| > я

ґіЬ2Л
(1.22)
х<а2,
О, Ы > а2,
для выпуклых зеркал с радиусами кривизны Яі и 112 и радиусами апертуры аь а2 и
, Iі’ И>0, (і.23)
3’4 [0, |х|<Х0,
где Х0 - радиус отверстия связи, для плоских зеркал. Связь между полями задавалась соответствующими граничными условиями на зеркалах.
В [65] рассматривалась модель составного неустойчивого резонатора из трёх зеркал (рис. 1.24):

Рис. 1.24. Схема резонаторов [65]
Исследование проводилось путём решения системы уравнений, аналогичной (1.21).
Во всех рассмотренных подходах к расчету систем связанных резонаторов либо используется приближение плоских волн, либо предполагается