LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

типів в узагальненому конфокальному резонаторі” запропоновано застосувати метод просторової фільтрації для виділення окремих вищих поперечних мод за допомогою поглинаючих і фазозсувних масок, розташованих по вузлових лініях виділюваної моди на одному із дзеркал відкритого узагальненого конфокального резонатора (УКР). Показано, що застосування фазозсувних масок на дзеркалах даного резонатора дозволяє підсилити дискримінацію поперечних мод у порівнянні з поглинаючими масками.

У третьому розділі“Формування моди із квазіоднорідним профілем вихідного випромінювання в безперервних СО2-лазерах з неоднорідними дзеркалами” розроблені в 2 розділі чисельні алгоритми для розрахунку характеристик мод пасивних та із середовищем УКР застосовано нами для вивчення умов формування моди із квазіоднорідним розподілом інтенсивності поля на одному із дзеркал у безперервних СО2-лазерах з неоднорідними круглими дзеркалами.

У підрозділі 3.1 “Формування фур'є-моди із квазіоднорідним профілем вихідного випромінювання в СО2-лазері з амплітудно-східчастим дзеркалом” розглянуто одержання хвильового пучка із квазіоднорідним розподілом інтенсивності випромінювання в СО2-лазері, резонатор якого був створений за схемою УКР (рис. 1б) і включав амплітудно-східчасте дзеркало (АСД). Чисельними розрахунками показано, що при застосуванні в УКР амплітудно-східчастого дзеркала в ньому на відміну від відомих схем відкритих резонаторів спостерігається зростання втрат енергії за круговий обхід d для формованої найбільш добротної фур'є-моди із квазіоднорідним профілем випромінювання і наступних по добротності непарно-симетричної TEM01 і несиметричних TEM11 і TEM12 мод зі збільшенням числа Френеля резонатора NF. При цьому зростання NF від 1 до 10 приводить до незначного зростання втрат енергії формованої фур'є-моди (5–10%) та істотному зростанню втрат вищих мод (15–60%), що сприяє збільшенню дискримінації даних мод. Для розглянутих геометрій УКР характерна осцилювальна залежність міри розходження між еталонним однорідним і формованими поперечними розподілами поля. Показано можливість одержання достатньої для практики однорідності просторово-енергетичних характеристик одержуваної фур'є-моди. Фазовий фронт для отриманих полів близький до плоского. Відзначимо зменшення втрат фур'є-моди при зсуві центра поглинаючих канавок від вузла еталонної функції сомбреро до краю неоднорідного дзеркала і поліпшення дискримінації небажаних мод при збільшенні розміру поглинаючих ділянок. Установлено високу стійкість фур'є-моди до зміни геометричних параметрів просторового фільтра на дзеркалі і відхилення дзеркал УКР щодо фазового коректора. Експериментально показано, що перекіс фазового коректора або вихідного дзеркала в УКР сильніше впливають на вихідну потужність і формовані розподіли вихідного випромінювання, чим перекіс дзеркала з неоднорідною амплітудною маскою.

У цьому підрозділі описано створений на основі розрахункових даних експериментальний зразок безперервного CO2-лазера із ВЧ розрядом і неоднорідним амплітудно-східчастим дзеркалом і проведено порівняння модових характеристик даного лазера з розрахунковими характеристиками мод резонатора з активним середовищем з даним дзеркалом. Резонатор лазера зібраний за схемою УКР (рис. 1б). Як глухий відбивач вибиралося або однорідне алюмінієве дзеркало на скляній підкладці, або алюмінієве дзеркало з кусочно-постійним коефіцієнтом відбиття (амплітудний просторовий фільтр).

Наведено розрахункові радіальні розподіли інтенсивності і фази поля на вихідному дзеркалі резонатора для експериментальної моделі CO2-лазера. Розрахунок проводився з використанням чисельної процедури аналізу активного резонатора, викладеної в підрозділі 2.3 даної роботи. Параметри активного середовища відповідали параметрам CO2-лазера з повільним прокачуванням. При проведенні експериментальних досліджень записувалися картини радіального розподілу інтенсивності вихідного випромінювання CO2-лазера на різних відстанях від вихідного дзеркала. Це пов'язане з тим, що одержати картину розподілу поля безпосередньо на вихідному дзеркалі лазера не представлялося можливим через технічні труднощі, які викликані скінченістю розмірів юстувального і приймального пристроїв. Наведено характерні залежності розподілу інтенсивності вихідного поля на різних відстанях z від напівпрозорого дзеркала, характерних для ближньої зони і зони Френеля (приклад на рис. 2а). Міри розходження для представлених кривих і однорідної функції circ(r) не перевищують в оптимальному випадку 20 %, що відповідає формуванню на вихідному дзеркалі випромінювання супергаусового профілю 10–15 порядку. Незначна несиметричність експериментальних кривих обумовлена малими перекосами дзеркал, незначними абераціями й іншими факторами, які не враховувалися в розрахунковій моделі лазерного резонатора. Радіуси пучка на рівні e –1 від максимальної інтенсивності для експериментальних і чисельних результатів збігаються. Для підтвердження одержання на виході CO2-лазера радіального розподілу інтенсивності поля, близького до однорідного, в експерименті досліджувався розподіл інтенсивності випромінювання у фокусі лінзи (рис. 2б).

У підрозділі 3.2 “Одержання фур'є-моди із квазіоднорідним профілем вихідного випромінювання в CO2-лазері з фазосхідчастим дзеркалом” при застосуванні фазосхідчастого дзеркала (ФСД) в УКР чисельними розрахунками для мод CO2-лазера показано значне збільшення ступеня дискримінації небажаних мод. У цьому випадку втрати енергії за круговий обхід фур'є-моди залишаються на рівні 5–10 % , як і у випадку застосування амплітудно-східчастого дзеркала, у той час як втрати найближчих по добротності вищих мод становлять 50–80 %, що забезпечує більш стійкий одномодовий режим збудження необхідного коливання в порівнянні із застосуванням АСД (рис. 3а). Представлено залежність від числа Френеля резонатора NF міри розходження P1 між розподілами інтенсивності поля на однорідному дзеркалі УКР еталонної кругової функції і найбільше високодобротної фур'є-моди для резонатора із ФСД і для порівняння з АСД (рис. 3б). Проведені розрахунки вказують, що для даних геометрій УКР із ФСД також характерна осцилювальна залежність міри розходження між еталонним однорідним і формованими поперечними розподілами поля при зміні геометрії резонатора і розташування максимумів і мінімумів у цих залежностях для резонатора із ФСД й АСД приблизно збігаються. Установлено високу стійкість одержуваної фур'є-моди до відхилень величини фазового зсуву коефіцієнта відбиття в канавках і глибини канавок на неоднорідному дзеркалі. При цьому міра розходження між поперечним розподілом інтенсивності поля кругової функції та розподілом інтенсивності фур'є-моди на однорідному вихідному дзеркалі не перевищує 20 %, а зміна втрат одержуваної моди становить не більше
1 %.

Експериментальні дослідження модових характеристик запропонованого CO2-лазера з ФСД проводилися на аналогічній установці, що й у підрозділі 3.1. Відмінність полягала в способі накачування CO2-лазера, що здійснювалася за допомогою поздовжнього розряду при постійному струмі. ФСД виготовлено методом фотолітографії – нанесенням алюмінієвого покриття спеціального профілю на підкладку