LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

з нержавіючої сталі. Робоча поверхня дзеркала являє собою просторовий фазовий фільтр, який складається з певним чином підібраної послідовності кілець, що чергуються, які мають однакову амплітуду коефіцієнта відбиття на всій поверхні дзеркала, але кусочно-постійною фазою. Фазозсувні ділянки дзеркала виконувалися у вигляді канавок заданої глибини. Геометрія ФСД і розміри фазозсувних канавок вибиралися на підставі проведених розрахунків.

Наведено розрахункові поперечні розподіли інтенсивності і фази поля на вихідному дзеркалі CO2-лазера, що має вище зазначену конфігурацію резонатора з ФСД. Міра розходження між розподілом інтенсивності еталонної однорідної кругової функції circ(r) і формованим поперечним розподілом інтенсивності поля на вихідному дзеркалі не перевищує 15 % , що відповідає одержанню на вихідному дзеркалі резонатора випромінювання супергаусового профілю 20 порядку. Також через неможливість виміру розподілу інтенсивності поля безпосередньо на вихідному дзеркалі, пов'язаної з конструктивними особливостями CO2-лазера, експериментальні поперечні розподіли вихідного пучка записувалися на різних відстанях від однорідного напівпрозорого дзеркала, що задовольняють умовам ближньої зони і зони Френеля. Експериментальні і відповідні ним розрахункові розподіли інтенсивності в зазначених перетинах наведено в роботі. Отримані результати дозволяють розглянути динаміку поведінки вихідного пучка і більш обґрунтовано провести порівняння експериментальних результатів із чисельними розрахунками. З них випливає, що радіальні профілі інтенсивності випромінювання, зняті експериментальним шляхом, близькі до відповідних їм розрахунковим як за формою, так і за розміром радіуса пучка (на рівні е–2 по інтенсивності від максимальної).

Для підтвердження одержання одномодового режиму роботи CO2-лазера з радіальним профілем вихідного випромінювання близьким до кругової функції circ(r) експериментально і чисельно досліджувалися поперечні розподіли інтенсивності поля у фокальній площині фазових коректорів. Як фазові коректори використовувалися сферичні дзеркала з радіусами кривизни 1200 і 3000 мм. Дзеркала розташовувалися на фокусних відстанях від вихідного дзеркала лазера під невеликим (~ 5°) кутом до падаючого випромінювання. У фокусі розташованих у такий спосіб дзеркал записувалися радіальні профілі пучка випромінювання. Наведено отримані експериментальні і розрахункові профілі розподілу інтенсивності для зазначених фазових коректорів. Слід зазначити добре фокусування досліджуваного лазерного пучка, що підтверджує одномодовий характер випромінювання. Радіуси пучків, обмірювані в ході експерименту і отримані розрахунковим шляхом, збігаються.

Без оптимізації прозорості вихідного дзеркала потужність CO2-лазера на лінії 10P20 з досліджуваним АСД склала 0,3 Вт і із ФСД 0,63 Вт в одномодовому режимі, а з однорідними плоскими дзеркалами такого ж діаметра - 1 Вт і 1,5 Вт у багатомодовому режимі, відповідно. У випадку однорідних плоских відбивачів, коли вихідне дзеркало діафрагмувалось до 2 мм, при перебудові резонатора спостерігалося дві моди генерації з поперечними розподілами випромінювання характерними для мод ТЕМ00 і ТЕМ01 відкритого резонатора. При цьому вихідна потужність лазера при генерації на моді ТЕМ00 склала 0,2 Вт і 0,5 Вт, відповідно.

Метою теоретичних й експериментальних досліджень, описаних у четвертому розділі “Поширення субміліметрового лазерного випромінювання у порожнистих хвилеводах”,являєтьсявивчення передачі випромінювання з гаусовим профілем інтенсивності, характерного для СММ лазерів з оптичним накачуванням, з різним рівнем кривизни хвильового фронту в порожнистих металевих і діелектричних хвилеводах для знаходження умов оптимального збудження хвилеводів, мінімальної деполяризації, неспотвореної передачі вихідного пучка і вироблення рекомендацій з використання даних хвилеводів у СММ лініях передачі.

У підрозділі 4.1 “Лінії передачі субміліметрового лазерного випромінювання. Огляд літератури” проведено огляд літератури з проблеми поширення СММ лазерних пучків у хвилевідних системах.

У підрозділі 4.2 “Поширення лазерного випромінювання в порожнистих хвилеводах круглого перетину”, використовуючи подання вхідного поля у вигляді спектра мод, що поширюються, або променевих трубок, що лежать у меридіональних площинах хвилеводу та пересічних тільки на його осі розвинені модова і геометрооптична методики розрахунку поширення випромінювання у хвилевідних лініях передачі при їхньому збудженніхвильовими пучками СММ випромінювання гаусового профілю.

В роботі розраховане і обмірюване загасання в скляних і кварцових хвилеводах, що служать лініями передачі і лазерними кюветами у СММ діапазоні хвиль, на двох довжинах субміліметрових хвиль – 337 мкм і 118,8 мкм як для одномодового ЕН11-режиму, що досягає шляхом самофільтрації або безпосереднього збудження, так і при багатомодовому сигналі. В останньому випадку збудження здійснювалося лазером із центральним отвором у вихідному відбивачі.

З використанням модових методик проведено розрахунки і вимірювання коефіцієнта передачі, ступеня поляризації переданого випромінювання в круглих металевих мідних хвилеводах і у діелектричних хвилеводах зі скла радіуса a при їхньому збудженні лінійно поляризованими гаусовими пучками випромінювання CH3OH-лазера (l = 118,8 мкм). Дослідження проводилися при зміні відносного радіуса вихідного пучка w0=/a на рівні е–1 по амплітуді від максимальної у діапазоні 0,1–0,9. Експериментально і теоретично вивчалися різні за геометричними розмірами мідні і скляні хвилеводи. Представлено результати досліджень коефіцієнта передачі та ступені поляризації вихідного випромінювання в хвилеводах. Показано, що для металевих хвилеводів коефіцієнт передачі мало змінюється при зміні радіуса збуджуючого пучка і оптимум для w0, як у випадку діелектричних хвилеводів, відсутній. Аналіз результатів розрахунків за модовою методикою показує, що у випадку малих w0 основну частку енергії збуджуючого пучка переносять моди вищих порядків, що мають більш низькі загасання. Зі збільшенням w0 визначальну роль у спектрі випромінювання грають моди TE11 і TM11, що мають більш високі загасання в порівнянні з іншими модами, чим і пояснюється зменшення коефіцієнта передачі для металевих хвилеводів у випадку широких збуджуючих пучків. Для діелектричних хвилеводів є характерним виражений оптимум величини w0 для одержання максимального коефіцієнта передачі випромінювання у хвилеводі, який відповідає діапазону 0,5

Для діелектричних хвилеводів ступінь поляризації переданого випромінювання близький до 100 % і добре зберігається у всьому діапазоні досліджуваних пучків. У металевих хвилеводах ступінь поляризації вихідного випромінювання зростає зі збільшенням радіуса збуджуючого пучка і зменшенням a/l, що пояснюється збільшенням внеску хвилевідної моди ТЕ11 (з максимальною часткою лінійно поляризованого