Пространственная структура излучения при синхронизации поперечных мод в лазерах с продольной накачкой (1104542), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В частностиопределены значения ξ0.9 такие, что при ξ > ξ0.9 при строгом вырождении в пучкенулевого порядка содержится не более 90% мощности (табл. 1). Также полученыаналитические выражения для ширины диапазона отстроек от строгого вырожденияна диаграмме устойчивости, в пределах которых реализуется синхронизацияпоперечных мод. Ширины областей синхронизации увеличиваются с ростомусиления.
Показано, что оценки ширин областей синхронизации и величин ξ0.9,определяемые с помощью аналитической модели хорошо согласуются со12значениями, полученными численным методом Фокса-Ли. В §3.5 представленыосновные результаты третьей главы.Δpr/sξ0.9 по Фоксу-Ли21/41.26ξ0.9 по аналитическоймодели1.2631/3, 1/61.75, 1.751.7341/8, 3/82.11, 2.122.0951/5, 1/10, 3/102.42, 2.43, 2.422.4061/12, 5/122.75, 2.702.6771/7, 2/72.97, 2.932.9283/16, 5/163.17, 3.173.1591/9, 2/93.53, 3.373.36Табл. 1. Значения ξ0.9 для различных r/s, полученные методом Фокса-Ли и с помощьюаналитической модели двух пучков.В четвертой главе «Пространственная структура излучения присинхронизации поперечных мод в лазере с астигматическим резонатором»приведенырезультатыэкспериментальногоичисленногоисследованиясинхронизации поперечных мод в Nd:YAG-лазере с продольной диодной накачкой.§4.1 посвящен описанию экспериментальной установки (рис.
2). ИсследуемыйNd:YAG-лазер с накачкой излучением лазерного диода имел выходное зеркало срадиусом кривизны 150 см и пропусканием < 1%. Пучок накачки в активной средеимел характерные размеры 0.04 × 0.12 мм. В эксперименте регистрировалисьраспределения интенсивности за выходным зеркалом при различных длинахрезонатора.Рис. 2. Схема Nd:YAG-лазера с продольной диодной накачкой.
ЛД — лазерный диод, Л1 и Л2 —коллимирующая и фокусирующая линзы, МП — механический прерыватель, ВЗ — выходноезеркало, Э — экран, О — объектив.13Рис. 3. Экспериментальные (левый столбец) и рассчитанные (средний столбец) распределенияинтенсивности и относительные энергии эрмит-гауссовых пучков |βmn |2 (правый столбец) вокрестности вырождения с r/s = 1/4. В миллиметрах указана длина резонатора. Dx = 0.057 м–1,Dy = 0.18 м–1. Для данного случая Ldegи Ldegравны 700мм и 734мм соответственно.xy14В§4.2приводятсяэкспериментальныерезультаты.Длинарезонаторавэксперименте менялась от 45 см до 140 см.
Было обнаружено, что распределенияинтенсивности излучения при синхронизации поперечных мод не демонстрируюткруговой симметрии, наблюдаемой в работах других авторов в случае резонаторовдлиной до десятка сантиметров. Нарушение круговой симметрии проявляется втом, что для каждого проявляющегося вырождения существуют две т.н.вырожденные длины Ldegи Ldegxy , при которых распределения интенсивностиразвернутывперпендикулярныхдругдругувыделенныхнаправлениях.Экспериментальные распределения интенсивности для r/s = 1/4 приведены нарис.
3 (правый столбец). Распределения интенсивности поворачиваются привращении активной среды относительно оси резонатора. Описанное поведениепространственной структуры наблюдалось для шести кристаллов Nd:YAG иNd:YLF (от кристалла к кристаллу менялись значения Ldegи Ldegи ориентацияxyвыделенных направлений x и y относительно плоскости падения на скошеннуюгрань).
Предложена интерпретация нарушения круговой симметрии, основанная нарасщеплении вырождения за счет действия слабого астигматизма активной среды:неравенство оптических сил активной среды Dx и Dy приводит к тому, что условиявырождения для эрмит-гауссовых мод семейств HGm0 и HG0n с ненулевыми первыми вторым индексами реализуются отдельно, соответственно при длинах Ldegи Ldegxy .Реализованная для проверки данной интерпретации численная модель расчетараспределений интенсивности излучения представлена в §4.3. Модель основана наперераспределении амплитуд в системе астигматических эрмит-гауссовых пучков вусловияхпространственно неоднородногоусиления.В §4.4представленырезультаты расчета (см.
рис. 3). Результаты расчета хорошо согласуются сэкспериментальными. Отмечается, что расщепление астигматизма позволяет безпривлечения численного моделирования измерить величину астигматизма лазерныхкристаллов. Оптические силы Dx и Dy находятся из измерений Ldegи Ldegи дляxyшести исследованных кристаллов попадают в диапазон от -0.03 м–1 до +0.2 м–1. В§4.5 изучены особенности фокусировки суперпозиций эрмит-гауссовых пучков,формирующихся при синхронизации поперечных мод в лазере с астигматическимрезонатором.Обсуждаетсяналичиев15окрестностифокальнойплоскостифокусирующей линзы псевдоперетяжек, поперечный и продольный размерыкоторых в несколько раз меньше размеров перетяжки нулевой моды холодногорезонатора.
§4.6 посвящен определению условий проявления слабого астигматизмарезонатора при синхронизации поперечных мод. Показано, что связанное састигматизмом расщепление вырождения перестает проявляться при уменьшениидлины резонатора и/или увеличении потерь. С помощью Nd:YAG и Nd:YLF-лазеровс резонаторами длиной соответственно ~75 см и ~7 см экспериментальнопродемонстрировано, что при одном и том же астигматизме резонатора в условияхсинхронизации поперечных мод возможно формирование излучения как скольцевой пространственной структурой с симметрией близкой к круговой, так и соструктурой, демонстрирующей расщепление вырождения.
В §4.7 представленыосновные результаты четвертой главы.В пятой главе «Особенности фокусировки излучения диодных линеек сволоконным выводом и структура излучения компактного Nd:YLF-лазера»представленыизлучениярезультатынакачки,исследованиятранспортируемогопространственныхраспределенийпосветоводу,волоконномуипространственных распределений выходного излучения компактного лазера снакачкой одиночным лазерным диодом.В §5.1 теоретически и экспериментально исследованы пространственныераспределения интенсивности излучения диодных линеек с волоконным выводом всхеме продольной накачки твердотельных лазеров.
Рассмотрены пространственныеи угловые распределения излучения на выходе световода в зависимости от длины иизгибов световода. Экспериментально зарегистрированы и рассчитаны численнораспределения интенсивности накачки в поперечных сечениях пучка прифокусировке (рис. 4). Расчет проводился средствами геометрической оптики.Установлено, что существует область, в которой интенсивность излучения на осипревышает интенсивность в плоскости изображения торца световода.
Даннаяобласть расположена между фокальной плоскостью фокусирующей линзы иплоскостьюизображения.Такжерассчитаныраспределенияинверснойнаселенности в четырехуровневой активной среде при различных положенияхлазерного кристалла в пучке накачки.16Рис. 4. Зарегистрированные экспериментально распределения интенсивности (б), профилирассчитанных (сплошные кривые) и измеренных (пунктирные кривые) распределений (а) вразличных сечениях пучка накачки, а также рассчитанное распределение интенсивности накачки вплоскости xz (в).В §5.2 изучается пространственная структура излучения компактного лазерас накачкой мощным одиночным лазерным диодом с кристаллами Nd:YLF иNd:YAG в качестве активной среды. Накачка лазера осуществлялась непрерывнымлазерным диодом мощностью 5 Вт, излучающим на длине волны 0.805 мкм.
Врассматриваемой схеме длина резонатора полуконфокальной конфигурациисоставляла 7 см. Было обнаружено, что при использовании кристаллов Nd:YLF вкачестве активной среды конфигурации резонатора по характеру выходныхраспределений интенсивности можно разделить на критические и некритическиепри мощности накачки вплоть до 5 Вт. Предложена методика поиска оптимальнойконфигурации резонатора. В случае кристаллов Nd:YAG разделение конфигурацийрезонатора на критические и некритические представляется затруднительным,поскольку даже при мощности накачки 1 Вт распределения интенсивностисущественно отличаются от гауссовых практически при всех длинах резонатора.17ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1.
Методом Фокса-Ли рассчитана структура распределений амплитуды основноймоды лазера при стационарном неоднородном распределении усиления,создаваемым приосевой аксиально-симметричной продольной накачкой, дляразличных параметров резонатора g1 и g2 во всей области устойчивости.Определены критические конфигурации, проявляющиеся при ряде значенийчисла Френеля NF. Показано, что с увеличением NF количество критическихконфигураций на диаграмме устойчивости возрастает.2. Численно и аналитически исследовано влияние параметров пространственнонеоднородного аксиально-симметричного распределения усиления (усиления наоси K0 и степени неоднородности ξ) и параметров резонатора на пучковый составосновной моды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
