Пространственная структура излучения при синхронизации поперечных мод в лазерах с продольной накачкой (1104542)
Текст из файла
На правах рукописиКострюков Павел ВладимировичПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ИЗЛУЧЕНИЯПРИ СИНХРОНИЗАЦИИ ПОПЕРЕЧНЫХ МОДВ ЛАЗЕРАХ С ПРОДОЛЬНОЙ НАКАЧКОЙСпециальность 01.04.21 — лазерная физикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2009Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучные руководители:доктор физико-математических наук,профессор Тункин Владимир Григорьевичкандидат физико-математических наукГорбунков Михаил ВалериевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Быков Владимир Павловичдоктор физико-математических наук,профессор Кравцов Николай ВладимировичВедущая организация:ФГУП НИИ «Полюс» имени М.Ф.
СтельмахаЗащита состоится 14 мая 2009 г. в 1600 на заседании диссертационного советаД 501.001.31приМосковскомгосударственномуниверситетеимениМ.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, дом 1,строение 62, корпус нелинейной оптики, аудитория имени С.А. Ахманова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУимени М.В. ЛомоносоваАвтореферат разослан «___» ____________ 2009 годаУченый секретарь диссертационного совета Д 501.001.31,кандидат физико-математических наук, доцентТ.М.
ИльиноваОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыДиодная накачка твердотельных лазеров вызывает в настоящее время всебольший интерес, поскольку позволяет получить высокую эффективностьгенерации, качество излучения при относительной простоте реализации икомпактности1,2.Врежимегенерациинанесколькихпоперечныхмодахэффективность «свет – свет» лазеров с диодной накачкой может достигать 70%3,4.Для многих практических применений предпочтителен режим одномодовойгенерации.
Так, в5сообщается о реализации высокоэффективной (58%)одномодовой генерации с близким к гауссовому распределением поля прииспользованиипоперечнойсхемынакачки.Усреднениепространственнойнеоднородности накачки проводилось в достаточно сложной схеме с применениемгеометрии полного внутреннего отражения в активной среде и специальноразработанного, астигматически исправленного резонатора с цилиндрическимиэлементами.
Другой и более простой с практической точки зрения способгенерации одномодового излучения — использование продольной схемы накачки,при которой излучение накачки вводится в активную среду вдоль оси резонаторачерез одну из торцевых граней. Практический интерес представляет случай узкогопучка накачки, диаметр которого меньше диаметра нулевой моды холодногорезонатора. Именно в этом случае удается реализовать высокоэффективнуюгенерацию на гауссовой моде холодного резонатора6.Разработка и оптимизация твердотельных лазерных систем с продольнойдиодной накачкой представляет собой достаточно емкую задачу. Частью ееявляетсяисследованиепространственнойструктурывыходногоизлучения.1D.W.
Hughes, J.R.M. Barr, Journal of Physics D: Applied Physics, 25, 563-586 (1992).Н.В. Кравцов, Квантовая электроника, 31(8), 661-677 (2001).3J. Zehetner, Optics Communications, 117, 273-276 (1995).4M.O. Ramirez et al., Applied Physics B, 77, 621-623 (2004).5A.
Minassian, B. Thompson, M.J. Damzen, Applied Physics B, 76, 341-343 (2003).6P. Laporta, M. Brussard, IEEE Journal of Quantum Electronics, 27(10), 2319-2326 (1991).23лазерногоОдной из причин искажения пространственной структуры выходногоизлучения являются дифракционные эффекты на внутрирезонаторных элементах.Основным таким элементом в лазерах с продольной диодной накачкой, являетсяактивная среда с профилированным, т.е. неоднородным по поперечному сечению,распределением усиления, характерным для случая узкой накачки.Активная среда с профилированным усилением представляет собой элемент снегауссовой функцией пропускания. В общем случае излучение лазера с такимэлементом должно отличаться от гауссовых пучков, описывающих модырезонатора с гауссовыми элементами.
Возникает естественный вопрос, какимиизменениями пространственной структуры излучения сопровождается выигрыш вэффективности генерации, полученный за счет формирования профилированногоусиления? При этом актуальной является задача о влиянии конфигурациирезонатора на искажения пространственной структуры за счет профилированногоусиления.Продольная схема накачки используется не только в твердотельных лазерах сдиодной накачкой. Она также находит применение для накачки лазеров накрасителях и лазеров на титан-сапфире.
Кроме того, реализованы продольныесхемы накачки твердотельных активных сред излучением газовых, твердотельныхи лазеров на красителях.Эксперименты7,8,9показывают,чтосуществуетрядтакназываемыхкритических конфигураций резонатора, в которых при накачке узким пучкомнаблюдаются заметные отличия пространственной структуры излучения отгауссовой, в то время как при достаточной отстройке от критических конфигурацийпространственная структура излучения близка к гауссовой.
Существованиекритических конфигураций связывается с вырождением мод холодного резонаторапочастоте.Любаясуперпозициявырожденныхпочастотемодсамовоспроизводится за полный обход резонатора10. Перераспределение энергии всистеме мод в условиях пространственной неоднородности усиления приводит к7Q. Zhang, B. Ozygus, H. Weber, The European Physical Journal - Applied Physics, 6, 293-298 (1999).H.-H. Wu et al., Optics Communications, 165, 225-229 (1999).9G. Martel et al., Optics Communications, 201, 117-127 (2002).10Ю.А. Ананьев, Оптика и спектроскопия, 64(3), 650-652 (1988).84синхронизации поперечных мод: формируется суперпозиция, обеспечивающаямаксимальное усиление.
Для того чтобы обеспечить синхронизацию поперечныхмод, или наоборот, исключить возбуждение высших мод в лазерах с продольнойнакачкой, необходимо исследование как системы критических конфигураций надиаграмме устойчивости, так и пространственной структуры излучения вокрестности отдельных критических конфигурациях в зависимости от параметроврезонатора и накачки.Чувствительностьвыходныхраспределенийизлучениякпараметрамнакачки, в частности к мощности и диаметру пучка, позволяет рассматриватьсинхронизацию поперечных мод в контексте диагностических применений,например для измерений фокусного расстояния тепловой линзы11.Световыепучкиснегауссовымираспределениямиинтенсивности,формирующиеся в резонаторах с вырождением при профилированном усилении,могут найти применения для создания новых оптических ландшафтов в технологииманипуляции микро- и наночастицами c помощью лазерного излучения12.В имеющихся на данное время работах рассмотрена синхронизацияпоперечных мод в лазерах с резонаторами длиной до десятка сантиметров.
Вомногих типах пикосекундных и фемтосекундных лазеров применяются резонаторыдлиной ~100 см и более. Синхронизация поперечных мод в резонаторах такойдлины не рассматривалась.Таким образом, синхронизация поперечных мод в лазерах с продольнойнакачкой представляет собой многогранную задачу, исследование которой являетсяв настоящее время актуальным по целому ряду аспектов.Цели и задачи диссертационной работы1. Расчет методом Фокса-Ли распределений амплитуды, фазы и модового составаизлучения для критических конфигураций. Определение количества критическихконфигураций на диаграмме устойчивости в зависимости от числа Френеля.1112B. Ozygus, Q.
Zhang, Applied Physics Letters, 71(18), 2590-2592 (1997).D.G. Grier, Nature, 424, 810–816 (2003).52. Определение значений параметров резонатора и накачки (коэффициента истепенинеоднородностиусиления),обеспечивающихсинхронизациюпоперечных мод в критических конфигурациях. Разработка аналитическоймодели для получения простых оценок данных значений.3. Исследование эффекта синхронизации поперечных мод в лазерах с метровымирезонаторами и сравнение с результатами, полученными при длине резонаторадо десяти сантиметров.4.
Исследованиедиодныхпространственныхлинеексволоконнымраспределенийвыводом.интенсивностиРазработкаизлучениямоделирасчетараспределения инверсии населенностей в активной среде.Научная новизна1. Впервые определено влияние числа Френеля на количество критическихконфигураций на диаграмме устойчивости двухзеркального резонатора. Поформе распределений интенсивности на зеркалах обнаружено существованиедвух типов критических конфигураций, определяемых параметрами вырождения.2.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
