Пространственно-временная динамика излучения широкоапертурных лазеров класса В

• Автор: Заикин, Алексей Павлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 212 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Теоретическое исследование пространственно -временной динамики излучения излучения химических кислородно-йодных лазеров (ХКИЛ)
1.1 .Особенности кинетических процессов в импульсном ХКИЛ
1.2.Динамика импульсной генерации ХКИЛ
1.3.Длительность импульсов свободной генерации ХКИЛ с учетом эффектов кросс- релаксации
1.4.Оптические свойства активной среды ХКИЛ
1.5.Пространственный спектр излучения ХКИЛ с неустойчивым телескопическим резонатором
1.6.Пространственный спектр излучения ХКИЛ с плоским и устойчивым резонатором
Глава 2. Автоволновые структуры оптического поля в лазере
с отстройкой частоты
2.1. Линейный анализ устойчивости в приближении мгновенной
кросс-релаксации
2.2. Численное решение автомодельных уравнений
2.3. Детальные расчеты формы лазерного поля с учётом
конечности апертуры
2.4. Спектр и конкуренция автоволновых структур
2.5 Влияние скорости кросс-релаксации на поперечную
динамику излучения широкоапертурного лазера
2.6. Периодические автоволновые структуры в
широкоапертурном лазере с инерционной фазовой нелинейностью

Глава 3. Автоволновые структуры в лазере с насыщающимся поглотителем
3.1. Бифуркационный анализ динамики излучения лазера
с просветляющимся фильтром
3.2. Автомодельные решения лазерных уравнений
3.3. Детальная структура автоволновых профилей с учётом
конечности апертуры
3.4. Спектр и конкуренция автоволн в лазере с
просветляющимся фильтром
3.5. Автоволновые формы в СОг - лазере с
нелинейным поглотителем
Глава 4. Трехмерные картины автоволновых структур
лазерного светового поля
4.1. Динамика автоволновых полей в устойчивом резонаторе
4.2. Смена импульсного режима на автоволновой в случае устойчивого резонатора
4.3. Автоволновые структуры в квазиконфокальном резонаторе
4.4 Трехмерные световые структуры в лазере с
фазовой нелинейностью
Глава 5. Вынужденное энтальпийное рассеяние (ВЭР) в
кислородно -йодной активной среде
5.1. Модель вынужденного энтальпийного рассеяния
в кислородно -йодной активной среде
5.2. ВЭР на звуковых колебаниях среды
5.3. ВЭР на температурных волнах
Заключение
Литература

Введение
Улучшение качества лазерного излучения является важной задачей. Прогресс на этом пути достигается как за счет лучшего понимания процессов в генераторах, так и за счёт поиска новых принципиальных решений. В последнее время интенсивно исследуются нелинейные оптические процессы в широкоапертурных лазерных и пассивных оптических системах. Большая область таких явлений, включающая возникновение в поперечном сечении широкоапертурных резонаторов упорядоченных или хаотических пространственно-временных оптических структур, в настоящее время образует направление названное поперечной нелинейной оптикой. Эти структуры не похожи на моды пустого резонатора, так как при их формировании главную роль играют не граничные условия, а объёмные параметры нелинейной активной или пассивной среды. Предметом исследований диссертации является формирование оптического поля и его свойства в широкоапертурных лазерах класса В (то есть в лазерах, для которых выполняется условие уі « 1 / тср « у±, у і > У± ~ скорости релаксации инверсии и поляризации, Тф
время жизни фотона в резонаторе) с учётом фазовой и амплитудной нелинейности активной среды, а также конечного времени релаксации инверсии и поляризации. В лазерах класса В экспериментально обнаружены пространственно-временной хаос (оптическая турбулентность), бегущие периодические, квазипериодические и хаотические волны, нестационарное образование, исчезновение и миграция филаментов (ярких пятен интенсивности), вращение световых полей, гексагоны, пентагоны, вихревые решётки разной геометрии и более сложные паттерны. Кроме важности этих оптических картин с фундаментальной точки зрения (яркие примеры самоорганизации неравновесных систем), открываются новые перспективы для задач микроманипуляции частицами посредством лазерных пучков разной пространственной структуры. Особый интерес здесь представляют спиральные пучки, с помощью которых микроманипуляция уже экспериментально

На рис. 1.1 изображена эволюция АС во время фотолиза в случае сильной разбавки буферным газом, следовательно температура среды меняется незначительно и этим можно пренебречь. Состояние АС на рисунке задано величинами 7)л и "приведенным коэффициентом усиления" с/.
На рис. 1.2 изображена эволюция АС не разбавленной буферным газом, когда температура газа может значительно меняться.
Качественно поведение среды сходно как для неразбавленной, так и для сильно разбавленной смеси, и это отражает упоминавшийся выше тот факт, что тушащие примеси слабо влияют на импульсную генерацию. Максимально достижимый коэффициент усиления для разбавленной среды примерно в 1,5 раза больше, чем для неразбавленной, а время его достижения в 1,5-2 раза дольше.
Приведенные здесь результаты дают возможность оценивать параметры лазера для некоторых заданных условий. Пусть, например, заданы такие параметры установки как пороговое усиление и мощность фотолизных ламп, равные соответственно а, = 2-10° см'1 и Rf =1018 см'3/с, и тебуется
определить время работы ламп до достижения порога. При доле воды 15%
1/7 19 1/9
имеем а(г/Щ * 8-10' (см-с) , что может быть достигнуто для
приведенных на рис. 1.1 вариантов с т]л°> 0,4 и на рис. 1.2 с г]л°> 0,6 . Для времени фотолиза получается условие £<0,1 , что означает длительность фотолиза менее 250 мкс.
Поведение АС во время фотолиза было исследовано также и с учетом всех кинетических данных, приведенных в п. 1.1. Результаты изложены в работах [71,72]. Согласно этим результатам можно приготавливать активную среду импульсного ХКИЛ на временах до 1000 мкс, при давлениях кислорода в несколько мм рт.ст. Основные выводы простейшей кинетической модели справедливы при таких условиях.
Экспериментальное исследование активной среды на основе СНз1 в работе показало, что поведение среды можно объяснить перечисленными