Исследование пространственных характеристик излучения малогабаритных низкоэнергетических твердотельных лазеров с продольной диодной накачкой и повышение эффективности его преобразования в гармоники

• Автор: Офицеров, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Глава 1. Методы исследования характеристик лазерного излучения МАЛОГАБАРИТНЫХ НИЗКОЭНЕрГЕТИЧЕСКИХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ В ГАРМОНИКИ
1.1 Твердотельные лазеры с диодной накачкой
1.2 Преобразование частоты лазерного излучения. Типы взаимодействия волн19
1.3 Лазеры с преобразованием час готы
1.3.1 Нелинейные кристаллы
1.3.2 Оптические схемы преобразования излучения в гармоники
1.4 Термооптнческие искажения активных элементов малогабаритных твердотельных лазеров с диодной накачкой и методы их исследований
1.5 Выводы
Глава 2. Метод пассивной компенсации термооптических искажений в активных
ЭЛЕМЕНТАХ
2.1 Методы компенсации термоонтических искажений активных элементов, возникающих в процессе накачки
2.2 Математическая модель расчета фокусного расстояния тепловой линзы в кристалле
2.3 Выводы
Глава 3. Исследование термооптических искажений активных элементов
МАЛОГАБАРИТНЫХ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ С ПРОДОЛЬНОЙ
ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ
3.1 Применение датчика Гартмана для исследования термооптических искажений активных элементов твердо гельных лазеров с диодной накачкой
3.1.1 Датчик Гартмана
3.1.2 Экспериментальная установка. Оптическая схема измерений
3.2 Исследование термооптических искажений (тепловой линзы) активного
элемента при различных способах его охлаждения
3.3 Анализ аберраций высоких порядков активных сред малогабаритных
твердотельных лазеров
3.4 Выводы
Глава 4. Алгоритм восстановления фазового распределения поля при измерениях датчиком Гартмана
4.1 Обоснование алгоритма и основные расче тные соотношения
4.2 Результаты вычислительного эксперимента
4.3 Выводы
Глава 5. Малогабаритный низкоэнергетический твердотельный лазер с продольной диодной накачкой и преобразованием излучения в третью гармонику
5.1 Структура малогабаритного низкоэнергетического твердотельного лазера с
преобразованием частоты
5.1.1 Лазер основного излучения
5.1.2 Исследования твердотельного лазера основног о излучения
5.2 Преобразователь частоты
5.2.1 Преобразование основного излучения во вторую гармонику
5.2.2 Преобразование излучения в третью гармонику
5.2.3 Оптимальная ориентация поляризаций волн излучения
5.3 Выводы
Заключение
Литература

Введение
Актуальность работы. В последнее время в таких областях науки и техники как: оптические измерения, лазерная спектроскопия, опто-электроника, звуко- и видеосистемы, охранные системы, медицина все чаще появляется необходимость в использовании малогабаритных низкоэнергетическнх твердотельных лазеров с диодной накачкой и преобразованием излучения в гармоники. При создании такого типа лазеров, вследствие малой энергии импульса генерируемого излучения, основным вопросом, требующим решения, является получение максимальной эффективности преобразования излучения в гармоники. Это возможно только при условии получения максимально высоких и стабильных пространственно-энергетических характеристик генерируемого излучения и оптимально согласованного каскада преобразования.
Одной из проблем при генерации излучения основной частоты является термическое влияние накачки на характеристики лазерного пучка. Это связано с тем, что при накачке в активных элементах твердотельных лазеров возникает значительный градиент температуры, что приводит к изменению показателя преломления активной среды в зависимости от температуры с1п/(1Т, а также от возникающих в кристалле температурных напряжений йп/с1п1у. Вследствие этого, в активном элементе при накачке образуются термооптические искажения (тепловая линза), которые приводят к возникновению аберраций волнового фронта генерируемого лазерного излучения и снижению качества светового пучка, что уменьшает эффективность преобразования излучения в гармоники.
На сегодняшний день наиболее высокий КПД лазерной генерации обеспечивает полупроводниковая диодная накачка. Особенностью полупроводниковых диодов является узкий спектр излучения, хорошо совпадающий с линией поглощения в активной среде, что приводит к уменьшению доли излучения накачки, выделяемой в тепло, существенному улучшению качества и, соответственно, стабильности излучения

1.5 Выводы
1. Рассмотрены два способа диодной накачки активных элементов твердотельных лазеров - поперечная и продольная. При разработке малогабаритных низкоэнергетических твердотельных лазеров целесообразно использовать продольную диодную накачку с волоконным вводом излучения в активный элемент, которая позволяет получать эффективность лазерной генерации на длине волны основной частоты порядка 30-70%.
2. Рассмотрены типичные схемы внерезонаторного преобразования основного излучения твердотельного лазера в третью гармонику. Показано, что при разработке низкоэнсргстических твердотельных лазеров с преобразованием стабильного излучения в третью гармонику целесообразно использовать внерезонаторное преобразование частоты.
3. Рассмотрены наиболее распространенные методы исследования термооптических искажений, возникающих в активных элементах в процессе диодной накачки. Показано, что наиболее оптимальным методом исследований является метод Гартмана, который отличается относительной простотой реализации, большим динамическим диапазоном, а также быстродействием измерения и обработки результатов.
4. Отмечено, что с помощью метода, основанного на измерениях датчиком Гартмана можно получить практически полную информацию об амплитудно-фазовом распределении поля излучения в некотором сечении. Однако, при восстановлении фазы поля по данным датчика Гартмана происходит потеря информации о скачках фазы на ля-рад. Поэтому необходим поиск методов, позволяющих определить параметры пучка из имеющейся информации.