LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Формування і селекція поперечних мод у лазерних резонаторах

27

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені В.Н. КАРАЗІНА














Маслов Вячеслав Олександрович



УДК 621.373.826






ФОРМУВАННЯ I СЕЛЕКЦІЯ ПОПЕРЕЧНИХ МОД

У ЛАЗЕРНИХ РЕЗОНАТОРАХ






01.04.03 – радіофізика





АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук








Харків - 2008


Дисертацією є рукопис.


Робота виконана в Харківському національному університеті

імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України.


Науковий консультант:

доктор фізико-математичних наук, професор

Свіч Василь Антонович,

Харківський національний університет

імені В.Н. Каразіна,

завідувач кафедри квантової радіофізики.

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук,

старший науковий співробітник,

член-кореспондент НАН України

Мележик Петро Миколайович,

Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова
НАН України (м. Харків), заступник директора;


доктор фізико-математичних наук, професор

Григорук Валерій Іванович,

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

завідувач кафедри квантової радіофізики;


доктор фізико-математичних наук, професор

Просвірнін Сергій Леонідович,

Радіоастрономічний інститут НАН України

(м. Харків), завідувач відділу теоретичної радіофізики.




Захист відбудеться “__13__” __червня_ 2008 р. о _1200_ годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 64.051.02 Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, пл. Свободи 4, ауд. 3-9.



З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4.



Автореферат розісланий “_24_” ___квітня_____ 2008 р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради А. Ф. Ляховський



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Проблема формування лазерних пучків із заданим поперечним розподілом вихідного випромінювання (“laser beam shaping”) одержала активний розвиток у квантовій радіофізиці з 90-х років минулого століття. Якщо раніше з моменту створення лазера у центрі уваги вчених і розроблювачів були процеси, що протікають у самих квантових генераторах, то зараз поряд із триваючим прогресом у розвитку самих лазерів, наприклад короткохвильових, все більший інтерес і актуальність здобувають дослідження та розробки, пов'язані з доставкою лазерного випромінювання до об'єкта з необхідною якістю пучка (розмір і форма плями, рівномірність опромінення і т.п.).

Для досягнення оптимального результату в кожному практичному застосуванні необхідно використовувати визначений поперечний розподіл лазерного випромінювання. Такі розподіли хвильового пучка в резонаторах звичайно називають “спеціальними” модами, тому що їхній просторовий профіль випромінювання оптимізовано для конкретного застосування. Для опису просторових характеристик квантових генераторів широко використовується модель гаусова пучка. Однак, в то же час для багатьох наукових і прикладних застосувань необхідним являється задана форма поперечного розподілу поля одномодового вихідного пучка, що відрізняється від відомих гаусових розподілів мод відкритих квазіоптичних резонаторів [1].

Значний практичний інтерес викликають близьке до однорідного і кільцеве поперечні розподіли інтенсивності поля на вихідному дзеркалі резонатора або в заданій площині поза резонатором. Наприклад, при використанні квантових генераторів у технологіях поверхневої обробки матеріалів, для відпалу дефектів напівпровідників, літографії, у системах оптоелектронної обробки інформації, розділення ізотопів, лазерного друку, медицині, лабораторних дослідженнях бажано пучки випромінювання з рівномірним поперечним розподілом інтенсивності випромінювання, що різко спадає на краях апертури. Лазерний пучок з кільцеподібним профілем інтенсивності зазнає найменші нелінійні спотворення в порівнянні з пучками інших форм при поширенні в нелінійному та турбулентному середовищі. Такі пучки викликають значний інтерес у зв'язку з їхнім використанням у лазерних пінцетах для захвата та переміщення часток мікронних і субмікронних розмірів в експериментах в галузях квантової електродинаміки, мікробіології, біомеханіки, мікро- і нанотехнологій.

Дослідження з проблеми формування лазерних пучків із заданим поперечним розподілом вихідного випромінювання зараз активно розвиваються у двох напрямках – позарезонаторні та внутрішньорезонаторні методи. Сучасне становище досліджень позарезонаторними методами досить повно відображено в оглядах і вже стало предметом з книг [2, 3]. У літературі запропоновані різні методи формування лазерних пучків із заданим профілем випромінювання з використанням зовнішніх оптичних пристроїв: асферичних лінз, дзеркал, призм, конусів, просторово-неоднорід-них світлоподільників, бінарних фазових фільтрів, дифракційних граток, голограм, пристроїв на акустооптичних та електрооптичних ефектах, хвилеводів і т.п. Однак при позарезонаторному формуванні задача одержання заданого поля зводиться лише до перерозподілу енергії випромінювання в площині об'єкта. Запропоновані пристрої дозволяють ефективно сформувати необхідний пучок випромінювання, але неминуче приводять до ускладнення лазерної системи, зменшенню її надійності та додаткових втрат енергії. Вони розроблені для перетворення хвильових пучків, що мають заданий початковий профіль випромінювання (головним чином, гаусов). Коли умови опромінення зовнішніх пристроїв змінюються, ефективність формування необхідних пучків випромінювання такими елементами помітно погіршується.

Для подолання цих недоліків зараз активно розвиваються альтернативні внутрішньорезонаторні методи. Внутрішньорезонаторна корекція випромінювання має більш широкі можливості. Внутрішньорезонаторне формування впливає на повну потужність лазерів і змінює їх просторово-енергетичні, спектральні, кореляційні характеристики. Для формування лазерних пучків із заданим поперечним розподілом вихідного випромінювання запропоновано застосування асферичних дзеркал, гнучких біморфних дзеркал, дзеркал з різними дифракційними та бінарними елементами. Розроблені резонансні системи дозволяють ефективно сформувати необхідний профіль лазерного пучка, але характеризуються досить високими втратами енергії через необхідність введення додаткових оптичних елементів для забезпечення селекції мод,