Процессы нелинейного усиления и генерации излучения в многоуровневых, неоднородных и движущихся средах газовых лазеров

2
Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова
Официальные оппоненты:
Член-корреспондент РАН, профессор Н.А.Генералов
Доктор физико-математических наук профессор А.КОсипов
Доктор физико-математических наук профессор В.Я.Панченко
Физический институт им. ПН.Лебедева РАН
Защита состоится "2//" НО&^Л 1999 г. в 45^ часов на заседании Специализированного совета Д.053.05.80 при Московском государственном университете им. М.В Ломоносова по адресу:
119899, Москва, Воробьёвы горы, НИИЯФ МГУ, 19 корп., ауд.2-15.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ.
Диссертация разослана "£/ " \999 г> .
Учёный секретарь Специализированного совета
Д.ф-м.н.
РОССИЙСКАЯ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ
БИКЯИОТЕКА
о №6 -00
Ведущая организация:
Московский государственный университет имени М.ВЛомоносова
Научно-исследовательский институт ядерной физики имД.В.Скобельцына
На правах рукописи УДК 621.373:535
ОДИНЦОВ Анатолий Иванович
ПРОЦЕССЫ НЕЛИНЕЙНОГО УСИЛЕНИЯ И ГЕНЕРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ В МНОГОУРОВНЕВЫХ, НЕОДНОРОДНЫХ И ДВИЖУЩИХСЯ СРЕДАХ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ
(01.04.05 - оптика)
Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук в виде научного доклада
Москва - 1999
Содержание
Общая характеристика диссертации..................................4
Актуальность темы...............................................4
Цель и основные задачи диссертации............................. 5
Научная значимость и новизна работы............................ в
Практическая значимость работы..................................7
На защиту выносятся .......................................... 8
Апробация работы.............................................. 3
Объём и структура работы......................................
1. Закономерности нелинейного насыщения
в газовых активных средах.................................. и
1.1. Насыщение в многоуровневых средах........................ 12
1.2. Влияние пространственной неоднородности ; у<? .
ПОЛЯ К среды И диффузии частиц............................. ^
1.3.Особенности насыщения усиления ■' :ф, І■
в движущихся средах.......................................
1.4. Экспериментальные исследования нелинейного
насыщения и диагностика активной среды 4....;.................22
2. Физические процессы генерации излучения в длинноволновом
СО^- ГДЛ на связанных модах...........л;Ц;.. ...............27
2.1. Новые лазерные переходы и диагностика активной среды 23
2.2. Моделирование физических процессов в ГДЯ
и оптимизация энергетических характеристик .................35
3. Формирование спектральных, угловых и поляризационных
свойств суперлюминесценции газовых лазеров....................45
3.1. Каналирование суперлюминесцеыции в. радиально-неоднородной усиливающей среде ................46
3.2. Модовая структура спектра суперлюминесценции................45
3.3. Поляризованная суперлюминесценция ?
в аиизотропно-усшшвающей среде........................... 5 і
4. Автомодулированная генерация быстропроточных
лазеров и новые возможности управления
временными характеристиками излучения........................56
4.1. Лазерная система генератор-усилитель ....................... 5 7
4.2. Динамика генерации в неустойчивом резонаторе
проточного лазера с пространственно-неоднородными
характеристиками зеркал и накачхйл.......................... 62
Основные результаты и выводы....^ 68
Цитируемая литература........................................... ?0
Список работ по теме диссертации....!.......................... 75
4
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность темы
Появление источников когерентного излучения - лазеров в корне изменило облик современной оптики и ряда смежных областей физики. Возникли новые разделы и направления физики - нелинейная оптика, оптика когерентного излучения, статистическая оптика и другие. Открылись принципиально новые возможности проведения фундаментальных физических экспериментов по взаимодействию сверхсильных световых полей с веществом, лазерному термоядерному синтезу и других.
Особое место среди различных видов лазеров занимают лазеры на газовых активных средах. Многообразие типов газовых лазеров с широкой гаммой свойств и возможностей позволяет решать с их помощью самые разнообразные задачи хак в области фундаментальных физических исследований, так и в различных прикладных областях. Газовые лазеры способны давать оптическое излучение с максимально достижимыми в настоящее время стабильностью частоты и пространственной когерентностью, а с другой стороны - с рекордно высокой мощностью. Они находят разнообразные применения в оптической связи и локации, экологии, медицине, технологии обработки материалов (так называемые “технологические лазеры") и во многих других областях современной науки и техники. Целый ряд типов газовых лазеров серийно выпускается промышленностью.
Несмотря на, казалось бы, несопоставимые характеристики газовых лазеров различных типов, их объединяет ряд общих свойств, обусловленных особенностями газовой активной среды. К таким свойствам относятся существенно многоуровневый характер активной среды, столкновитель-ный механизм процессов возбуждения и обмена энергией, относительно узкие спектральные линии, формирующиеся при участии допплеровского уширения, наличие диффузии частиц , а в ряде случаев и направленного движения среды.
Широкий круг разнообразных физических процессов, протекающих в газовых лазерах и определяющих их генерационные характеристики, выделяет физику газовых лазеров в самостоятельную область исследований. Несмотря на важность прикладных аспектов этих исследовании, центральное место в них занимают физические проблемы, в то время как лазеры нередко выступают лишь как удобное средство изучения тех или иных физических явлений, г . Представленная диссертация является обобщением работ автора по физике газовых лазеров, начатых в 60-е годы вскоре после появления лазеров. В 1963 г. автором был создан один из первых в нашей стране переносных образцов гелий-неонового лазера, который был отмечен серебря-