Генерационные характеристики и двухчастотный режим при синхронизации поперечных мод в твердотельных лазерах с продольной лазерной диодной накачкой

• Автор: Кривонос, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. УПРАВЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРОЙ ИЗЛУЧЕНИЯ И ДВУХЧАСТОТНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ С ПРОДОЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ (обзор литературы)
§1.1 Особенности пространственной структуры излучения при синхронизации поперечных мод в критических конфигурациях резонатора
§ 1.2 Порог генерации твердотельных лазеров с продольной накачкой.
§ 1.3 Режим двухчастотной генерации
§ 1.4 Выводы к главе
ГЛАВА 2. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ СИНХРОНИЗАЦИИ ПОПЕРЕЧНЫХ МОД В РЕЖИМАХ НЕПРЕРЫВНОЙ И ИМПУЛЬСНОЙ ГЕНЕРАЦИИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ С ПРОДОЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ
§ 2.1 Оптическая схема накачки
§ 2.2 Непрерывный режим генерации и синхронизация поперечных мод..
§ 2.3 Генерация в режиме модуляции добротности акустооптическим затвором
§ 2.4 Оптимизация параметров Кс1:УЬР-лазера импульсно-периодического действия с модуляцией добротности акустооптическим затвором..
§ 2.5 Выводы к главе
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ СИНХРОНИЗАЦИИ ПОПЕРЕЧНЫХ МОД НА ПОРОГ ГЕНЕРАЦИИ ЛАЗЕРОВ НА ОСНОВЕ АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ Ш3+ КРИСТАЛЛОВ, КЕРАМИКИ И СТЕКЛА
§ 3.1 Зависимость пороговой мощности накачки от длины резонатора (численная модель)
§ 3.2 Экспериментальные исследования зависимости пороговой мощности накачки от длины резонатора для различных активных элементов.
3.2.1 Исследование лазеров с плоскопараллельными активными элементами на основе кристаллов КсйУЫ7, И(1:УУ04, Нд:СйУ04 и КсйКЦУ

3.2.2 Исследование лазеров с плоскопараллельными активными элементами на основе кристаллов ШгУАв, ИсШИИ, керамики Ш:УАО и Ш-стекла марки КНФС
3.2.3 Исследование лазеров с плоско-выпуклыми активными элементами на основе кристалла Ш:УАО и керамики Ш:УАО
§ 3.3 Идентификация критических конфигураций в условиях меняющейся тепловой нагрузки активных элементов твердотельных лазеров с продольной лазерной диодной накачкой
§ 3.4 Выводы к главе
ГЛАВА 4. ДВУХЧАСТОТНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В N(1:УЬЬ-ЛАЗЕРАХ С ПРОДОЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ
§ 4.1 Механизм двухчастотной генерации лазера, работающего в непрерывном режиме, с плоско-выпуклым активным элементом
§ 4.2 Двухчастотная генерация лазера, работающего в непрерывном режиме, с плоскопараллельным активным элементом
§ 4.3 Двухчастотная генерация лазера с плоскопараллельным активным элементом в режиме модуляции добротности акустооптическим затвором
§ 4.4 Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Значительные успехи, достигнутые в последние годы в физике твердотельных лазеров, связаны с разработкой и исследованием твердотельных лазеров с лазерной диодной накачкой (ТЛЛДН). История создания данного типа лазеров начинается с 1963 г., когда был создан первый ТЛЛДН [1]. В конструкции использовалась поперечная схема накачки лазерными диодами (ЛД) на основе структуры ОаАэ, которые охлаждались до гелиевых температур. Четырехуровневая активная среда и3+:СаР2 излучала на длине волны 2,61 мкм. Рост мощности генерации и улучшение пространственного качества излучения ЛД привели к созданию ТЛЛДН с продольной накачкой [2-5]. Историческая хронология и обзор ТЛЛДН подробно представлен в работах [6-8].
Стремительное улучшение параметров (развитие) ЛД [9, 10] позволило получить компактные твердотельные лазеры с высокими пространственными и генерационными характеристиками [7, 8]. Можно отметить, что идея создания ЛД и формулировка основных условий получения инверсии в нем были предложены советскими учеными [11], а реализован такой лазер впервые в США [12]. Коэффициент полезного действия (КПД) современных ТЛЛДН (десятки процентов, см. например [13-15]) почти на порядок превышает КПД традиционных твердотельных лазеров с ламповой накачкой. Отличительной характеристикой ТЛЛДН является высокая частотная и временная стабильность.
Как правило, ТЛЛДН имеют малые габариты, и в значительном числе случаев для них не требуется водяное охлаждение. Это обеспечивает широчайшие перспективы их практического использования [8]. Тому же способствует высокая надежность полупроводниковых излучателей и большой срок их службы, превышающий 104 часов [7]. На сегодняшний день ТЛЛДН находят применение во многих областях науки и техники.
В настоящее время предложены разнообразные схем накачки твердотельных лазеров излучением ЛД [6-8, 16-22]. Используемые схемы можно разделить на два основных класса, которые имеют свои преимущества и

ГЛАВА 2. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ СИНХРОНИЗАЦИИ ПОПЕРЕЧНЫХ МОД В РЕЖИМАХ НЕПРЕРЫВНОЙ
И ИМПУЛЬСНОЙ ГЕНЕРАЦИИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ С ПРОДОЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ
В данной главе экспериментально изучены особенности синхронизации поперечных мод в лазерах, работающих в режиме непрерывной генерации и в режиме модуляции добротности акустооптическим затвором, с АЭ на основе широко распространенных активированных ионами Ш3+ сред при продольной лазерной диодной накачке. Выполнен сравнительный анализ пространственных распределений интенсивности генерируемого излучения для различных АЭ вблизи полуконфокальной конфигурации резонатора при синхронизации поперечных мод. Выявлены особенности работы акустооптического затвора при синхронизации поперечных мод, приводящих к снижению эффективности формирования гигантских импульсов.
По результатам экспериментов сконструирован ИскУПЕ-лазер с продольной лазерной диодной накачкой узким пучком (^ > 1) и акустооптической модуляцией добротности, генерирующий излучение с высоким пространственным качеством (М2 < 1,1). Пиковая мощность излучения составила более 80 кВт при длительности импульса 6 не. Проведены эксперименты по использованию сконструированного лазера в тонкопленочных технологиях.
Основное содержание главы опубликовано в работах [98-100].
§ 2.1 Оптическая схема накачки
В исследуемых твердотельных лазерах в качестве источника излучения накачки использовался одиночный ЛД с длиной волны излучения около 808 нм и с шириной полоскового контакта 2х150мкм. Размеры полупроводникового