Твердотельные лазеры с внутрирезонаторным преобразованием частоты в режиме цуга импульсов при модуляции добротности пассивным затвором тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.03, кандидат технических наук Маслов, Алексей Алексеевич

• Маслов, Алексей Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Маслов, Алексей Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЩИЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ ПРОЦЕССОВ ГЕНЕРАЦИИ В ЛАЗЕРЕ С ПАССИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ В РЕЖИМЕ ЦУГА ИМПУЛЬСОВ

1Л. Система дифференциальных уравнений в частных производных для лазера с поляризационной анизотропией резонатора.

1.2. Форма нелинейного коэффициента преобразования при генерации суммарной частоты в кристаллах.

1.3. Приближения и упрощения, используемые при выводе и анализе системы дифференциальных уравнений.

ГЛАВА II. ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ГЕНЕРАЦИИ В ЛАЗЕРЕ С ПАССИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ И

ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ

2.1. Условия применимости усредненных балансных уравнений.

2.2. Световая мощность и скорость накачки.

2.3. Система усредненных балансных уравнений для одномодового лазера.

2.4. Энергетические и временные зависимости цуга импульсов.

ГЛАВА III. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ С ПАССИВНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ И

ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ

3.1. Поляризационные свойства оптических элементов резонаторов.

3.1.1. Поляризационные свойства активной среды.

3.1.2. Поляризационные свойства пассивного затвора.

3.1.3. Поляризационные свойства нелинейного элемента.

3.1.4. Экспериментальные исследования влияния поляризации основного излучения лазера на эффективность генерации второй гармоники.

3.2. Деполяризационные потери резонатора и методы их устранения.

ГЛАВА IV. МАТРИЧНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА

4.1. Матричный метод расчета поляризационных эффектов в резонаторе лазера.

4.1.1. Вектор и матрица Джонса.

4.1.2. Матрицы Джонса для оптических элементов резонатора.

4.2. Экспериментальные исследования поляризационных эффектов в резонаторе лазера.

4.2.1. Влияние наведенного двулучепреломления в AHT:Nd на поляризационные характеристики излучения лазера.

4.2.2. Влияние анизотропии нелинейного поглощения в пассивном затворе АИГ:Сг4+ на поляризационные характеристики излучения лазера.

4.2.3. Влияние эффектов селекции поляризации в активном элементе и пассивном затворе на эффективность внутрирезонаторной генерации второй гармоники в кристалле КТР.

ГЛАВА V. ПРИБОРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЖИМА ГЕНЕРАЦИИ ЦУГА ИМПУЛЬСОВ НА ДЛИНЕ ВОЛНЫ 532 НМ В АВТОНОМНОМ ПЕРЕНОСНОМ ЛАЗЕРЕ С ИМПУЛЬСНОЙ НАКАЧКОЙ

5.1. Оптические элементы резонатора лазера.

5.2. Оптическая и электрическая схемы лазера.

5.3. Конструкция лазера.

5.4. Результаты разработки и испытаний лазера.

5.5. Применение лазера в биомедицинских исследованиях и системах мониторинга окружающей среды.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Твердотельные лазеры с внутрирезонаторным преобразованием частоты в режиме цуга импульсов при модуляции добротности пассивным затвором»

С момента получения когерентного оптического излучения в первом оптическом квантовом генераторе на рубине [5] и до настоящего времени разработаны и созданы различные типы лазеров, позволяющие получать излучение в непрерывных и импульсных режимах генерации. Среди них особое место занимают твердотельные лазеры, работающие в режиме модуляции добротности резонатора. Такие лазеры позволяют получать наносекундные и пикосекундные световые импульсы высокой мощности. Методы модуляции добротности резонатора довольно разнообразны, и к настоящему моменту проведены многочисленные теоретические и экспериментальные исследования этого режима генерации [15,16,17]. Одним из таких методов, получившим широкое применение, является модуляция добротности при помощи пассивного затвора (фототропного затвора, просветляющегося фильтра) [17,27]. В основу метода положено свойство ряда так называемых фототропных сред обратимо изменять величину коэффициента поглощения под действием мощных световых потоков. Данный метод, в сочетании с достаточно высокими параметрами излучения, отличается простотой установки затвора в резонаторе и не требует использования дополнительных источников питания.

Лазеры с пассивной модуляцией добротности могут, в частности, работать в режимах генерации моноимпульса, последовательности (цуга) импульсов и сверхкоротких импульсов. Длительность импульсов генерации в последнем режиме приближается к предельному значению, определяемому шириной спектра излучения. При этом параметры излучения лазера с пассивным затвором определяются не только свойствами активной среды, но и существенно зависят от спектрально-люминесцентных свойств фототропной среды. Сравнительная простота метода модуляции добротности резонатора пассивными затворами и параметры возникающего при этом излучения открывают широкие возможности для применения таких лазеров в науке и технике. Этим объясняется большой объем исследований лазеров с пассивными затворами, проводимых как в нашей стране, так и за рубежом. Однако, несмотря на большое количество оригинальных работ, посвященных исследованию нелинейных свойств фототропных сред и свойств лазеров с пассивной модуляцией добротности, в литературе рассмотрены далеко не все возможные применения метода или рассмотрены недостаточно подробно.

Одним из важнейших достижений квантовой электроники после создания первого лазера на рубине стала реализация преобразования частоты лазерного излучения в нелинейных средах. Несмотря на то, что исследования в области нелинейной оптики и преобразования частоты лазерного излучения ведутся уже более сорока лет, этому вопросу по-прежнему посвящены многочисленные публикации. Создание твердотельных лазеров с внутрирезонаторной генерацией второй гармоники, позволяющих эффективно преобразовывать частоту лазерного излучения в сине-зеленый диапазон спектра, является актуальной задачей квантовой электроники [4754,60-72]. Сейчас основные нелинейные оптические эффекты достаточно хорошо изучены, разработаны теоретические методы расчета лазерных систем с преобразованием частоты. Интерес представляет рассмотрение различных новых схем и режимов генерации, а также методы повышения эффективности преобразования лазерного излучения в*нелинейных средах.

Процесс преобразования частоты можно охарактеризовать как нелинейный отклик среды на воздействие основного излучение лазера. Под действием электромагнитного излучения на основной частоте атомы нелинейной среды поляризуются, возникает дипольный момент. Наведенную таким образом поляризованность можно представить в виде ряда по степеням напряженности поля Е:

Р(Е) = лг(Е) ■Е = к0Е + z(2) Е2 + +., (В. 1) где к - диэлектрическая восприимчивость (в отсутствие поля обозначается ко); Х(2),Х(3) и так Далее - коэффициенты нелинейной восприимчивости (соответственно, квадратичной, кубичной и т. д.) При этом имеют место соотношения: к0 = Оо - 1>/4тг = («о -1)/Аж;

В.2)

Z{3) ~п0п2/2тг, где s0 - диэлектрическая проницаемость в отсутствие поля; п0 - показатель преломления в, отсутствие поля (эта величина используется в традиционной, «линейной» оптике); пь п2 - коэффициенты разложения коэффициента преломления п(Е) в ряд по степеням напряженности поля Е.

В выражении (В.1) за генерацию второй гармоники отвечает квадратичный член, поэтому рассмотрим именно его, отбросив все остальные члены разложения. Отметим только, что помимо квадратичных в среде могут наблюдаться эффекты и более высокого порядка. Однако их вклад, как правило, много меньше и падает с ростом степени при напряженности поля.

Нелинейная восприимчивость, строго говоря, величина тензорная и зависит от направления распространения и поляризации излучения, свойств нелинейного кристалла (его кристаллографического класса) и типа взаимодействия (типа фазового синхронизма). На практике используется коэффициент эффективной нелинейности с!эфф, который позволяет свести тензорное представление к скалярному. Коэффициент с1Эфф включает в себя тензор квадратичной нелинейности с учетом полярного и азимутального углов, под которыми распространения излучение в нелинейном кристалле. В общем виде выражение для коэффициента эффективной нелинейности можно записать следующим образом [22,24,26]:

Е^ЕЕ^УЧ® (в.з)

J к где е^ — единичные вектора поляризации (направления колебаний электрического поля) взаимодействующих волн; dljk - тензор квадратичной нелинейности, причем 2dljk = хф •

Первая экспериментальная работа по- генерации второй оптической гармоники была проведена в 1961 году [24]. В качестве генератора основного излучения использовался рубиновый лазер, работающий в импульсном режиме, в качестве нелинейной среды - кристалл кварца. Коэффициент преобразования основного излучения во вторую гармонику (по мощности) составил 10"9 - Ю"10 %. В последующие несколько лет изучение эффектов накопления взаимодействий и реализация фазового синхронизма позволили значительно повысить коэффициенты преобразования до величин 10 - 15%, и преобразователи частоты лазерного излучения начали применяться в различных технических и научных отраслях. В данный момент коэффициенты преобразования основного излучения во вторую гармоники составляют десятки процентов, благодаря оптимизации режимов генерации и повышению качества оптических элементов. Наиболее широкое распространение получили лазеры на алюмо-иттриевом гранате с неодимом (AHT:Nd3+) с генерацией второй гармоники излучения. Такие лазеры обладают высокой эффективностью и высокой мощностью на длине волны 1064 нм, а вторая гармоника излучения попадает в зеленую область спектра (532 нм), что очень удобно для многих применений. Кроме того, при о I генерации лазера с активным элементом из AHT:Nd на длине волны 1319 нм излучение второй гармоники попадает в красную область (659,5 нм).

В первых и многих последующих экспериментах по генерации второй гармоники использовалась схема внерезонаторной генерации. Как следует из названия, нелинейный кристалл в этом случае находится вне резонатора, что значительно упрощает расчет и анализ процессов развития генерации лазера, как основного излучения, так и второй гармоники. Такая схема позволяет получать не очень большие мощности второй гармоники от непрерывных источников основного излучения и неплохие коэффициенты преобразования в импульсных режимах генерации. Однако нетрудно показать [22-26], что, поместив нелинейный кристалл внутрь резонатора, можно значительно повысить эффективность преобразования, т.к. плотность мощности излучения внутри резонатора значительно выше таковой вне резонатора. Это так называемый режим внутрирезонаторной генерации второй гармоники. В этом случае нелинейный кристалл активно участвует в развитии генерации лазера и сильно влияет на параметры основного излучения. Удвоитель должен иметь высокое оптическое качество (не вносить значительные вредные потери в резонатор) и работать в оптимальном режиме преобразования. Выбор той или иной схемы преобразования зависит от режима генерации лазера, а также от энергетических, спектральных и пространственно-временных характеристик основного излучения.

Отметим, что твердотельные лазеры традиционно могут работать в трех режимах генерации излучения: непрерывном, квазинепрерывном и импульсном. Схема с внутрирезонаторным преобразованием может быть реализована для любого из этих режимов, при условии оптимизации параметров оптических элементов резонатора. Кроме того для эффективной внутрирезонаторной генерации второй гармоники необходимо обеспечить оптимальный режим преобразования. Последний имеет место, когда мощность второй гармоники на выходе лазера с непрозрачными для основного излучения зеркалами, равна выходной мощности основного излучения того же лазера с оптимальным коэффициентом пропускания выходного зеркала и выведенным из синхронизма нелинейным кристаллом [22,49]. При несоблюдений данного условия будут наблюдаться режимы недопреобразования и перепреобразования. В обоих случаях эффективность преобразования будет ниже оптимальной.

Лазеры в непрерывном и квазинепрерывном режиме генерации имеют выходные зеркала с невысоким оптимальным коэффициентом пропускания. Поэтому в них легко может быть реализован режим оптимального преобразования и получен значительный выигрыш в эффективности преобразования по сравнению с внерезонаторной генерацией [22,51]. В импульсном режиме работы лазеров, в случае непрерывной накачки и модуляции добротности резонатора, также удается добиться повышения коэффициента преобразования. Сложнее дело обстояло, до определенного момента, с импульсной накачкой, так как оптимальные коэффициенты пропускания выходного зеркала были достаточно высоки. Однако, с повышением качества оптических элементов, появлением новых активных и нелинейных сред, пороги генерации импульсных лазеров с импульсной накачкой значительно снизились, что позволило добиться оптимальных коэффициентов преобразования. Следует также отметить, что внутрирезонаторная генерация второй гармоники успешно используется совместно с режимом синхронизации мод.

На практике режим внутрирезонаторного преобразования частоты традиционно и успешно использовался для лазеров непрерывного излучения, а также в импульсных режимах при относительно малых коэффициентах усиления активной среды. В режиме импульсной накачки и модуляции добротности резонатора электрооптическим затвором (режим генерации импульсов с частотой повторения от одиночных импульсов до 500 Гц) оптимальные излучательные потери на генерацию второй гармоники составляют 5 - 15%, а энергия импульсов второй гармоники, как правило, не превышает 50 мДж при длительности импульса 10 - 30 не. Генерация основного излучения в таких лазерах с внутрирезонаторной генерацией второй гармоники развивается в резонаторах с «глухими» зеркалами, и возможность увеличения энергии импульса второй гармоники ограничивается оптической стойкостью внутрирезонаторных элементов.

Режим генерации цуга импульсов излучения в пределах одного импульса накачки, характерный для модуляции добротности резонатора с помощью пассивного затвора, открывает новые возможности увеличения энергии импульса второй гармоники. В этом режиме возможно получение высокой суммарной энергии цуга импульсов, как при малых, так и при высоких энергиях отдельного импульса. При повышении энергии накачки энергия каждого импульса остается практически постоянной, зато увеличивается количество импульсов в цуге. При этом суммарная энергия импульсов второй гармоники может достигать значений более 200 мДж вдали от порога оптического разрушения элементов резонатора.

В отличие, например от лазера на парах меди, обеспечивающего частоту повторения импульсов 10-20 кГц, частота повторения импульсов в т i цуге лазера на АИГ: Nd может составлять до 300 кГц и более. Такие лазеры представляют практический интерес в применениях, требующих получение высокой суммарной энергии излучения за время, сопоставимое с длительностью импульса накачки (т.е. за время порядка 100 мкс) при относительно невысоких энергиях каждого импульса из цуга (10 - 30 мДж о i «з i при длительности импульса 10-30 не). В лазерах на AHT:Nd и YV04: Nd широко используются пассивные затворы на кристалле АИГ:Сг4+ («черном» гранате), которые по совокупности параметров превосходят многие другие затворы, например на кристаллах LiF: , и наиболее применимы в переносных приборах.

В качестве примеров возможного использования режима генерации

1 i цуга импульсов на частоте второй гармоники лазера на AHT:Nd могут служить применения лазера в биомедицинских исследованиях и системах мониторинга окружающей среды. Данные об оптических свойствах объектов на молекулярном и клеточном уровне, а также на уровне тканей и организма в целом, быстро накапливаются. В результате для некоторых биомедицинских применений и мониторинга атмосферы требуются специфические режимы работы лазерных излучателей. Одним из них является режим, обеспечивающий высокую суммарную энергию цуга импульсов при относительно невысокой пиковой мощности отдельного импульса в видимой области спектрального диапазона. Лазер в режиме генерации цуга импульсов может использоваться в случаях, когда необходимо воздействовать на объект энергией лазерного излучения распределенной (по нескольким импульсам) во временном интервале порядка 100 мкс, для которых не подходят непрерывный и моноимпульсный режимы генерации [173].

Теоретическое и экспериментальное исследования, разработка и создание лазера с пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники, который обеспечивает стабильные выходные характеристики, требует учета и контроля большого числа параметров. Важными факторами, влияющими на работу лазера, являются форма импульса и скорость накачки, распределение коэффициента усиления в активной среде, нелинейность характеристик пассивного затвора, активной среды и преобразователя частоты, а также форма нелинейных коэффициентов преобразования и поляризационная анизотропия оптических элементов резонатора.

При этом физика процессов в лазере с внутрирезонаторной генерацией второй гармоники в режиме цуга импульсов при импульсной накачке несколько отличается от традиционных режимов пассивной модуляцией добротности и генерации второй гармоники в импульсном режиме. Сочетание в резонаторе нелинейного поглотителя и нелинейного преобразователя, а также нетрадиционного режима генерации значительно сказывается на временных, энергетических и поляризационных характеристиках лазерного излучения [42,94,129]. Поэтому существует необходимость более глубокого теоретического и экспериментального исследования данного режима генерации твердотельных лазеров.

Изучение данного вопроса потребовало решения отдельной научно-технической задачи по созданию физико-математической модели лазера с пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники, экспериментальному исследованию режима генерации цуга импульсов второй гармоники, оптимизации параметров элементов и схемы резонатора лазера, а также приборной реализации режима генерации цуга импульсов второй гармоники при импульсной накачке.

Цель работы

Целью данной диссертационной работы является исследование процессов внутрирезонаторной генерации второй гармоники излучения твердотельных лазеров с пассивной модуляцией добротности резонатора в * режиме генерации цуга импульсов с точки зрения особенностей их протекания, повышения эффективности генерации второй гармоники, оптимизации элементов и схемы резонатора лазера, а также создание на базе -этих исследований эффективного твердотельного лазера с внутрирезонаторной генерацией второй гармоники в режиме цуга импульсов при модуляции добротности резонатора пассивным затвором.

Задачи работы

Для осуществления поставленной цели потребовалось:

1. Создать физико-математическую модель лазера с пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники.

2. Провести теоретическое и экспериментальное исследование процессов внутрирезонаторной генерации второй гармоники в режиме цуга импульсов. Определить основные особенности развития генерации второй гармоники в резонаторе с пассивным затвором.

3. Теоретически и экспериментально исследовать поляризационные характеристики основного излучения и излучения второй гармоники в лазере с пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники.

4. Оптимизировать схему и параметры элементов резонатора, реализовать в приборе с ламповой импульсной накачкой режим внутрирезонаторной генерации второй гармоники в режиме цуга импульсов.

Методы исследований

Теоретические исследования проводились с использованием методов геометрической и волновой оптики, квантовой механики, теории матриц и матричного анализа, теории дифференциальных уравнений и математического анализа.

Математическое моделирование проводилось на базе вычислительных средств общего применения в пакете MatCad, а также специально созданных компьютерных программ с использованием объектно-ориентированного языка программирования Delphi.

Экспериментальные исследования выполнялись на специальных лабораторных стендах. В ходе экспериментов исследовались энергетические, временные и поляризационные характеристики излучения. При обработке данных использовались методы статистического анализа. Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований осуществлялось за счет использования поверенной измерительной аппаратуры.

Научная новизна работы

1. Впервые разработана более полная и адекватная, по сравнению с представленными в литературе моделями, физико-математическая модель лазера с поляризационной анизотропией резонатора в режиме цуга импульсов при внутрирезонаторном преобразовании частоты и пассивной модуляции добротности.

2. Впервые в приборном варианте твердотельного лазера с преобразованием частоты (переносной лазер на AHT:Nd3+ с пассивным затвором на АИГ;Сг4+ и генерацией второй гармоники в кристалле КТР в режиме генерации цуга импульсов на длине волны 532 нм) реализован температурно-некритичный синхронизм в нелинейном кристалле.

Основные положения, выносимые на защиту т I

1. В твердотельном лазере на AMT:Nd с модуляцией добротности резонатора пассивным затвором на АИГ:Сг4+ в режиме цуга импульсов при импульсной накачке может быть реализована эффективная внутрирезонаторная генерация второй гармоники в нелинейном кристалле КТР, вырезанном в направлении температурно-некритичного синхронизма.

2. Режим генерации цуга импульсов на частоте второй гармоники в лазерах с импульсной накачкой, пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторным преобразованием частоты позволяет получать высокую среднюю частоту следования импульсов в пределах цуга (более 40 кГц), высокие суммарные энергии выходного излучения (более 200 мДж) при уровне энергии отдельного импульса в цуге (20 мДж) ниже порога оптического разрушения элементов резонатора.

3. Резонатор лазера на AHT:Nd3+ с пассивным затвором на АИГ:Сг4+ и преобразователем частоты на КТР при синхронизме типа II обладает выраженной поляризационной анизотропией, вызванной двулучепреломлением в нелинейном кристалле и поляризационными свойствами фототропных центров в пассивном затворе.

4. Деполяризационные эффекты в резонаторе с пассивным затвором и преобразователем частоты могут значительно снижать эффективность лазера. Использование схем резонатора с компенсацией деполяризационных эффектов или минимизацией поляризационных потерь позволяют повысить кпд лазера.

Практическая значимость работы

1. Внутрирезонаторная генерация второй гармоники в режиме цуга импульсов реализована на практике в переносном автономном лазере с ламповой импульсной накачкой, активной средой на AHT:Nd , модуляцией добротности резонатора пассивным затвором на АИГ:Сг4+ и нелинейными кристаллами КТР, вырезанными в направлении температурно-некритичного синхронизма. л i

2. Экспериментальные исследования показали, что лазер на AHT:Nd с модуляцией добротности резонатора пассивным затвором на АИГ:Сг4+ и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники может быть эффективным источником излучения зеленого спектрального диапазона с высокой суммарной энергией импульсов в цуге (>100 мДж) при низкой энергии отдельного импульса (20 мДж).

3. Разработанная физико-математическая модель лазера в режиме цуга импульсов с внутрирезонаторным преобразованием частоты и пассивной модуляцией добротности позволяет определять параметры активной среды, пассивного затвора, нелинейного кристалла, накачки и резонатора для эффективной реализации данного режима.

4. Созданные компьютерные программы могут использоваться для расчета угловой, спектральной, температурной ширин синхронизма и нелинейных коэффициентов преобразователей частоты, а также определения и оптимизации требуемых параметров других оптических элементов резонатора.

Апробация работы

Основные результаты работы были опубликованы в отечественных специализированных научных журналах: «Квантовая электроника» и «ПРИБОРЫ».

Результаты докладывались на научных конференциях: XLVI научная конференция МФТИ , XLVIII научная конференция МФТИ.

Публикации

По материалам диссертации было опубликовано - 5 работ, из которых 3 - тезисы научных конференций.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 186 наименований. Объем диссертации составляет 128 страниц, включая 50 рисунков и 3 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Квантовая электроника», Маслов, Алексей Алексеевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной диссертационной работе проведены теоретические и экспериментальные исследования энергетических, временных и

1 I поляризационных характеристик лазера на AHT:Nd с внутрирезонаторной генерацией второй гармоники в кристалле КТР, вырезанным в направлении температурно-некритичного синхронизма, и модуляцией добротности резонатора пассивным затвором на АИГ:Сг4+ в режиме цуга импульсов. Основные выводы и результаты диссертационной работы:

1. Создана физико-математическая модель для лазера с поляризационной анизотропией резонатора в режиме генерации цуга импульсов при внутрирезонаторном преобразовании частоты и пассивной модуляцией добротности, которая позволяет определять параметры активной среды, пассивного затвора, нелинейного кристалла, формы импульса и скорости накачки для эффективной реализации данного режима.

2. Созданы и программно реализованы алгоритмы расчета угловой, спектральной, температурной ширины синхронизма и нелинейных коэффициентов преобразователей частоты, а также алгоритмы расчета , деполяризационных потерь резонатора с поляризаторами и двулучепреломляющими элементами.

3. Теоретически и экспериментально исследовано влияние ' поляризационных эффектов в резонаторе с пассивным затвором и преобразователем частоты на эффективность лазера; при этом показано, что взаимное расположение и ориентация элементов в таком лазере существенно влияет на уровень вредных потерь в резонаторе. Использование схем резонатора с компенсацией деполяризационных эффектов или минимизацией поляризационных потерь, а также оптимизация положения и характеристик элементов резонатора позволяют повысить кпд лазера.

4. Показано, что режим генерации цуга импульсов на частоте второй гармоники в лазерах с импульсной накачкой, пассивной модуляцией добротности и внутрирезонаторным преобразованием частоты позволяет получать высокую среднюю чатоту следования импульсов в пределах цуга (более 40 кГц), высокие суммарные энергии выходного излучения (более 200 мДж) при уровне энергии отдельного импульса в цуге (20 мДж) ниже порога оптического разрушения элементов резонатора.

5. Реализована внутрирезонаторная генерация второй гармоники в режиме цуга импульсов в переносном автономном лазере с ламповой

О I импульсной накачкой, активной средой на AHT:Nd , модуляцией добротности резонатора пассивный затвором на АИГ:Сг4+ и нелинейными кристаллами КТР, вырезанными в направлении температурно-некритичного синхронизма. Экспериментально

О I показано, что лазер на AHT:Nd с модуляцией добротности резонатора пассивным затвором на АИГ:Сг4+ и внутрирезонаторной генерацией второй гармоники может быть эффективным источником излучения зеленого спектрального диапазона с высокой суммарной энергией импульсов в цуге при низкой энергии отдельного импульса.

БЛАГОДАРНОСТИ

Считаю необходимым выразить благодарность своему научному руководителю В.Г. Дмитриеву, опыт, профессионализм и поддержка которого сыграли важную роль как в процессе написания данной диссертационной работы, так и в формировании моего научного мировоззрения в целом. Хочу поблагодарить Н.И. Левашову за консультации по оформлению графического и иллюстрационного материала, вошедшего в диссертационную работу, и всестороннюю поддержку в процессе подготовки рукописи диссертационной работы. Благодарю Е.М. Спицына, В.Н. Забавина и Н.М. Бузинова за конструктивную критику и полезные обсуждения результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований, проводимых в рамках написания данной диссертационной работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Маслов, Алексей Алексеевич, 2009 год

1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. — М.:Наука, 1982.

2. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.:Наука, 1970. - 296 с.

3. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах: Пер. с англ./ Под ред. И.Н. Сисакяна. М.: Мир, 1987. - 616 с.

4. Шубников А.В. Основы оптической кристаллографии. — М.: АН СССР, 1958.

5. Справочник по лазерам. В 2 т. / Под ред. A.M. Прохорова. - М.: Сов.радио, 1978. - Т.1. - 504 е.; Т.2. - 400 с.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд., испр. — М.: Наука, 1984. -544с.

7. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. Приближение функций, дифференциальные и интегральные уравнения. -М.:Наука, 1967. 368с.

8. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1976. - 576 с.

9. Камке Э. Справочник по дифференциальным уравнениям в частных производных первого порядка. М.: Наука, 1966 г. - 260 с.

10. Свешников А.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексной переменной. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 336с.

11. Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. — М.: Машиностроение, 1985.- 128 с.

12. Шерклифф У. Поляризованный свет: Получение и использование. — М.: Мир, 1965.-222 с.

13. Горшков М.М. Эллипсометрия. М.: Сов. радио, 1974. - 200 с.

14. Каминский А.А. Лазерные кристаллы. М.: Наука, 1975. — 256 с.

15. Методы расчета оптических квантовых генераторов. — В 2 т. / Под ред. Б.И. Степанова. Минск: Наука и Техника, 1968. - Т.1 - 2.

16. Зверев Г.М., Голяев Ю.Д. Лазеры на кристаллах и их применение. — М.: Рикел, Радио и связь, 1994. 312с.

17. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М.: Сов. радио, 1981. - 440 с.1821,22,23