LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

складністю виготовлення та вартістю.

В останні роки в лазерах широко використовуються хвилевідні квазіоптичні резонатори, що містять як відкриті, так і хвилевідні ділянки, кожна з яких істотно впливає на формування типів коливань [4, 5]. Такі комбіновані резонатори застосовуються в капілярних газорозрядних лазерах, хвилевідних лазерах складної конструкції, субміліметрових (СММ) лазерах на вільних електронах і т.п. Із застосуванням оптичного накачування в СММ молекулярних лазерах з'явилася можливість використання резонаторів на основі надрозмірних діелектричних і металевих хвилеводів. Недавно запропоновано новий клас хвилевідних лазерів, заснований на використанні властивостей самозображення поля багатомодових хвилеводів для створення лазерних резонаторів. Завдання реалізації методу одержання заданого поперечного розподілу вихідного випромінювання у хвилевідному лазері являється одним з актуальних завдань квантової радіофізики.

Таким чином, розробка більш простих та енергетично ефективних методів формування поперечних мод із заданим поперечним розподілом вихідного випромінювання квантових генераторів є актуальним завданням радіофізики. Проблема формування лазерних пучків заданого профілю випромінювання тісно пов'язана з іншою актуальною проблемою радіофізики – проблемою селекції мод і одержання одномодового випромінювання. У зв'язку з широким застосуванням для наукових і прикладних застосувань хвилевідних квантових генераторів ІЧ і СММ діапазонів довжин хвиль, у яких для збільшення вихідної потужності використовуються надрозмірні порожнисті хвилеводи та втрати мод яких незначні, актуальним завданням для цих генераторів являється селекція поперечних мод і одержання одномодової генерації. Розв'язання проблеми формування та селекції заданих типів коливань у відкритих і хвилевідних резонансних системах є основою створення нового перспективного напрямку в радіофізиці, що складається в побудові лазерних систем з керованими характеристиками – одномодових квантових генераторів із заданою просторовою формою вихідного випромінювання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана на кафедрі квантової радіофізики Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, відповідає основному науковому напрямку кафедри “Взаємодія електромагнітного випромінювання з речовиною” і за своєю тематикою відповідає паспорту спеціальності 01.04.03 – радіофізика. Тематика роботи пов'язана з пріоритетними напрямками розвитку науки й техніки в рамках координаційних планів науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України (п.7 – “Перспективні інформаційні технології, прилади комплексної автоматизації систем зв'язку”). Матеріали дисертації є складовими частинами держбюджетних НДР, виконаних на кафедрі квантової радіофізики: “Дослідження лазерів субміліметрового діапазону довжин хвиль. Створення експериментальних зразків апаратури для лазерної діагностики твердого тіла, тонких плівок, хімічних реакцій і біологічних об'єктів у субміліметровій області спектра“ (№ держреєстрації 01.9.10031905, виконавець); “Розробка методів і експериментальних зразків пристроїв, що забезпечують рівномірний розподіл інтенсивності випромінювання на поверхні об'єкта, що підлягає променевому впливу” (№ держреєстрації UA01008656Р, відп.виконавець); “Лазери субміліметрового діапазону довжин хвиль та їхнє застосування” (№ держреєстрації 0194U018567, виконавець); “Розробка методів і експериментальних зразків пристроїв, що забезпечують рівномірний розподіл інтенсивності випромінювання” (№ держреєстрації 0197U015765, відп. виконавець); “Лазери субміліметрового діапазону довжин хвиль та їхнє застосування” (№ держреєстрації 0197U015774, виконавець); “Розробка методів і експериментальних зразків пристроїв, що забезпечують заданий розподіл інтенсивності лазерного випромінювання” (№ держреєстрації 0197U015765, відп. виконавець); “Квазіоптичні хвилевідні резонатори і лазери на їхній основі в інфрачервоному та субміліметровому діапазоні довжин хвиль” (№ держреєстрації 0100U003359, відп.виконавець); “Резонансні і направляючі електродинамічні структури з хвилевідними і відкритими ділянками” (№ держреєстрації 0103U004234, відп.виконавець); “Внутрішньорезонаторні методи формування високоякісних лазерних пучків” (№ держреєстрації 0106U001558, відп.виконавець).

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи складається в розробці нових математично обґрунтованих і експериментально підтверджених ефективних методів формування і селекції поперечних мод у відкритіх і хвилевідних лазерних резонаторах для створення одномодових лазерів з керованими характеристиками вихідних хвильових пучків випромінювання.

Для досягнення зазначеної мети необхідно розв’язати такі задачі:

– розробити і математично обґрунтувати метод просторової фур’є-фільтрації мод для формування у відкритих квазіоптичних резонаторах типу коливань із заданим поперечним розподілом поля;

– визначити умови оптимального збудження, поляризаційної стійкості і відновлення форми хвильових пучків лазерного випромінювання у надрозмірних порожнистих діелектричних і металевих хвилеводах;

– установити умови формування моди із заданим поперечним розподілом вихідного випромінювання у хвилевіднихквазіоптичних резонаторах;

– розробити ефективні методи селекції поперечних типів коливань хвилевіднихквазіоптичних резонаторів.

Об'єктом дослідження в роботі є фізичні процеси поширення та перетворення хвильових пучків у відкритих і хвилевіднихлазерних резонансних системах.

Предмет дослідження – закономірності формування і селекції поперечних мод із заданим просторовим профілем вихідного випромінювання у відкритих і хвилевіднихлазерних резонаторах з неоднорідними дзеркалами.

Методи дослідження. У роботі для розв'язання поставлених завдань використано основні методи квазіоптики, поширення електромагнітних хвиль в активних середовищах квантових генераторів і відомі чисельні методи рішення задач електродинаміки:

– метод інтегрального рівняння, метод Гюйгенса-Кірхгофа, метод перетворення Фур'є для обґрунтування існування моди із заданим поперечним розподілом вихідного випромінювання в лазерних резонаторах з неоднорідними дзеркалами;

– ітераційний і матричний методи для розрахунку модових характеристик відкритих і хвилевідних пасивних лазерних резонаторів;

– метод розщеплення за процесами дифракції та посилення-рефракції для розрахунку модових характеристик лазерних резонаторів з активним середовищем;

– геометрооптичний метод, метод власних коливань для знаходження умов оптимального збудження, неспотвореної передачі й визначення ступеня поляризації вихідного випромінювання при поширенні лазерних пучків у надрозмірних порожнистих хвилеводах.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці нових ефективних методів формування і селекції поперечних мод у лазерних резонаторах для створення одномодових лазерів з керованими характеристиками вихідного випромінювання. Використання класичних і розвинутих при виконанні дисертаційної роботи методів і підходів сучасної радіофізики, математики і техніки чисельних