Исследование кооперативного самовоздействия светав оптически плотных резонансных средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Федоров Александр Николаевич "Исследование кооперативного

самовоздеиствия света в оптически плотных резонансных

средах"

Специальность 01.04.05 - оптика и 01.04.21 - лазерная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

На правах рукописи

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена на кафедре оптики Санкт-Петербургского Государственного Университета.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Егоров B.C.

кандидат физико-математических наук, Чехонин И. А.

доктор физико-математических наук, профессор Фрадкин Э.Е.

кандидат физико-математических наук, Смирнов В.А.

Санкт-Петербургский Педагогический Университет

^.Защита состоится « /у часов на заседании

2000 года в диссертационного совета К.063.57.10 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук в Сг.нкт-Петербургском Государственном Университете по адресу: 199034, г.Санкт-Петербург, У-гиверситетская наб., 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ. я /у,

« I/ » ^¿ё^^ург^ 2000 г.

Автореферат разослан

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА

Тимофеев Н.А

Общая характеристика работы.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ: История изучения взаимодействия излучения с оптически плотным веществом насчитывает уже многие десятилетия. Основным классическим законом, описывающим прохождение излучения через поглощающую среду, является закон Бугера-Ламберта-Бэра. Одним из первых обнаруженных отклонений от этого закона линейного поглощения, стал эффект пленения излучения в оптически плотных средах, обманчиво просто понимаемый и, как оказалось, трудно описываемый. Попытка применить для описания выхода излучения из среды методы теории диффузии показала, что описание переизлучения атомами отдельных фотонов в терминах длины свободного пробега приводит к неудовлетворительным результатам. Это явилось прямым свидетельством того, что взаимодействие излучения и вещества в данном случае нельзя охарактеризовать просто как сумму индивидуальных актов поглощения и испускания изолированных атомов. Детальная теория эффекта пленения излучения показала, что кроше увеличения эффективного времени жизни в функции, описывающей уход излучения из объема, появляется периодическая функция с характерной частотой, которой авторы по аналогии с плазмой дали название ленгмюровской /4/.

Проблема когерентного взаимодействия излучения с плотной резонансной средой после изобретения лазеров и больших начальных успехов, связанных с открытием таких классических нелинейных эффектов как самоиндуцированная прозрачность, долгое время не имела заметного развития. За это время в арсенале экспериментаторов накопилось некое количество фактов из области взаимодействия излучения с плотными средами, которые не удавалось удовлетворительно объяснить имевшимися теоретическими моделями. К таким фактам следует бесспорно отнести эффект конденсации спектра широкополосного лазера при помещении внутрь его резонатора плотной резонансно поглощающей среды. После длительного периода попыток объяснить этот эффект особенностями конкретного эксперимента, стало ясно, что в основе его лежат какие-то весьма общие законы, не сводимые к элементарным процессам, описывающим взаимодействие излучения с одиночным атомом /1/.

Данный- труд- является,- продолжением, и развитием целого

направления, рассматривающего когерентно взаимодействующие излучение и плотное резонансно поглощающее вещество как единую систему с особыми законами. Возникающая в такой системе модуляция коэффициента связи между полем и поляризацией среды неизбежно приводит к параметрическим эффектам, вызывающим громадное эффективное уширение резонансной линии, усиление и перекачку энергии излучения в далекие крылья линии поглощения и самоорганизацию всей системы.

Основные цели и задачи: Данный труд продолжает цикл работ, ставящих своей целью объяснить эффект конденсации спектра как генерационную задачу, основным содержанием которой является когерентное взаимодействие мощного широкополосного излучения с резонансно поглощающей непросветленной средой охваченной обратной связью. В предварительных работах содержались наметки полуклассического описания такой системы и указание на то, что причиной эффективного увеличения добротности в районе линии поглощения является параметрическое усиление, возникающее вследствие модуляции разности заселенностей поглощающей среды /3/.

Первоначальной целью проводимых экспериментов было обнаружение усиления, возникающего в плотной среде при прохождении через нее мощного широкополосного пучка накачки, интенсивность которого была недостаточна для просветления среды. После обнаружения эффекта для объяснения обнаруженных особенностей была разработана простейшая аналитическая модель, описывающая основные характерные черты наблюдаемого явления. Так как точное аналитическое решение для реальных экспериментальных параметров не существует нами, были проделаны численные расчеты для импульса с конечной скоростью нарастания с учетом задержки усиленного пучка относительно пучка накачки.

Для того чтобы продемонстрировать большую общность процессов, возникающих при когерентном взаимодействии излучения с веществом, было исследовано поведение системы «резонансная среда + ОВФ-зеркало», по предварительным работам обладающая весьма необычными свойствами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА: В ходе работы обнаружен и исследован эффект когерентного широкополосного усиления при модуляции разности заселенностей поглощающей среды внешним пучком накачки. Дано

подробное объяснение обнаруженного эффекта с позиций полуклассической теории. Для системы «резонансная среда - ОВФ-зеркало» обнаружено существование устойчивого состояния с постоянным дипольным моментом. Общей чертой рассмотренных эффектов является огромное параметрическое уширение спектров излучения. Обращено внимание на то, что использсвание эффектов кооперативного самовоздействия света в плотной среде позволяет получать усиление и генерацию излучения далеко за пределами обычной линии поглоде ния и осуществлять модуляцию излучение в пико- и фемтосек; -ндных диапазонах. Аналогичные эффекты ta связанных переходах по всей видимости дадут возможность получать усиление и генерацию излучения в коротковолновой области спектра.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладовались на Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (г. Ленинград, ХЭ90 г.), 15-ой и 16-1Й Международных конференциях по нелинейной и когерентной оптике "КИЮ" (г. С.-Петербург, 1995 г.

Москва, 1998 г.), российско-германском симпозиуме по физике лазеров (г. Ленинград, 1995 г.), 1~ом и 2-ом Международных симпозиумах "Современные проблемы лазерной физики" (г. Новосибирск, 1995 1997 гг.) и опубликованы в 14 печатных работах, из них - 7 в журн; лах и книгах, 7 - в сборниках тезисов докладов конференций и симпозиумов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения. Содержит Ш страницы текста и 32 рисунка. Библиография 115 наименований.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Впервые обнаружен эффект кооперстивного широкополосного усиления света в плотной резонансно• поглощающей среде в открытом пространстве при модуляции разности заселенностей широкополосным пучком накачки. Усиление наблюдается в ограниченном сверху и снизу диапазоне мощностей накачки. Проведено изучение времекных и спектральных особенностей обнаруженного явления. Б ряде случаев спектр усиления имеет четко выраженную периодическую структуру. Конкретный характер спектральной зависимости существенно з,-.висит от условий накачки. Усиление существует на временах порядка времени фазовой памяти среды.

2. На основании аналитической модели и численных расчетов дано объяснение обнаруженного эффекта, как параметрического по своей сути, процесса, реализуемом при когерентном взаимодействии системы «поле + вещество». Численные расчеты показывают, что усиление пробной волны должно существенно зависеть от времени ее задержки относительно пучка накачки. Существенной особенностью процесса усиления является его нестационарность - механизм усиления пробной волны реализуется за времена порядка одного периода кооперативной частоты. Предсказано существование высокодобротных резонансов в зависимости коэффициента усиления пробного пучка от интенсивности накачки.

3. Впервые проведено полное решение полуклассической задачи о взаимодействии малого объема плотной резонансной среды с широкополосным ОВФ-зеркалом. Решение представлено в виде семейства фазовых траекторий, определяющих поведение такой системы. Б отсутствие релаксации обнаружено существование устойчивого состояния с постоянным дипольным моментом. Для ряда характерных фазовых траекторий при различных коэффициентах усиления ОВФ-зеркала рассчитаны временные и спектральные характеристики излучения, испускаемого системой. Учет релаксации показывает, что после переходного процесса, сопровождающегося излучением системой цуга квазипериодических импульсов с различной глубиной модуляции, система стремится к автонасыщенному состоянию с остаточной поляризацией.

Содержание диссертации.

Во Введении рассмотрена актуальность проблемы, дано обоснование выбора темы диссертации и перечислены решаемые в ходе работы задачи.

Первая глава представляет собой краткий литературный обзор работ, посвященных когерентному взаимодействию оптически плотного резонансно поглощающего вещества с, мощным излучением, в том числе работы по изучению системы «излучение + когерентное вещество» охваченной обратной связью.

Вторая глава начинается кратким изложением вывода полуклассических укороченных уравнений Максвелла-Блоха для двухуровневой среды, положенных в основу дальнейшего изложения, и

допущений, сделанных при их выводе. На параметрический характер этих уравнений обращается внимание уже в классической монографии /2/. Второй параграф второй главы посвящен аналитическому выводу уравнений, описывающих взаимодействие двух ортогональных мод возбуждаемых внешними источниками и взаимодействующих через общую плотную резонансно поглощающую среду /4*,5*/. Показано, что при ступенчатом включении внешнего источника, возбуждающего одну из мод, и достаточно больших временах релаксации динамика поведения второй моды описывается уравнением Матье:

^ (0 + —(0 = 0

где ё (О - огибающая пробного поля,

= ^ - частота Раби поля накачки $рцюр (/) ,

в/у - так называемая кооперативная частота, Й

N0 - концентрация поглощающих частиц.

Как следует из теории уравнения Матье, при определенных соотношения параметров в системе, описываемой таким уравнением, происходит экспоненциальное нарастание амплитуды колебаний. Максимальное параметрическое усиление второй моды (и, следовательно, передача энергии между ортогональными состояниями электромагнитного поля) для приведенного уравнения реализуются при выполнении условия параметрического резонанса:

Ф Игде (и=1,2,3...) .

1 + 2

Фурье спектр усиленного таким образом излучения должен состоять из двух больших групп спектральных компонент, расположенных симметрично относительно частоты атомного перехода:

= та,, ±

о*— ^

Каждая из компонент уширена на величину: Дта = \ZiS2g -| — + — где X - показатель скорости нарастания амплитуды колебаний.

Третья глава содержит изложение эксперимента и описание экспериментальной установки. Целью проведения эксперимента являлось обнаружение когерентного параметрического усиления, возникающего в плотной резонансно поглощающей среде при распространении в ней мощного широкополосного излучения.

В качестве резонансно поглощающей среды в экспериментах использовался положительный столб тлеющего разряда в неоне при давлении 1 Topp, содержащий довольно значительное количество <до 1012см~3) метастабильных атомов неона. Большая часть измерений была проведена с использованием двух резонансных переходов неона: 2p53p1S0-2p53s1P1 с длиной волны \«585.2 ны (дипольный момент - 3.8 Дб), и 2p53p3Pi-2p23ssPz с длиной волны Х.=588.2 нм(дипольный момент -2.7 Дб) . Для интересующих нас условий (при Т = 500К и давлении 1 Topp) Т,=6.0 не для перехода с Х««588.2 нм и Т,=8.8 на для А.=585.2 нм.

Величина Т2 определяется суммарным вкладом однородного (Т,) и неоднородного (Тг' ) уширений и в нашем случае с достаточной степенью точности может быть представлена в виде /2/:

-UA+A о»

тг т; т;

Полная ширина доплеровской линии, связанная со временем Тг следующей формулой /2/:

Дщ„ =— V»tln2 , (4)

Тг

одинакова для всех переходов атома и Т2=0.2б не для обоих переходов. Время Tj индивидуально для каждого перехода и при давлении 1 Topp Ti=2.0 не для А. =585.2 нм и Tj=9.4 не для Ä,=588.2 нм.

Концентрация поглощающих атомов неона в состоянии 3Ра в наших условиях должна была достигать (1*.0±0.2) *1012 ом"3, в состоянии 1Рх -(2-5-3) ♦1011см"3. Соответственно кооперативная частота

п 0 у 0 "у' М««)

должна была равняться {12±Х)*Ю' рад/с для X =508.2 нм и (6±2)*10° рад/с для Х=585.2 нм.

Тлеющий разряд зажигался в стеклянной трубке с никелевыми электродами, внутренний диаметр рабочей части которой равнялся 7 кн. Плотность тока в разряде изменялась в диапазоне 20+120 мА/см2.

Источником широкополосного лазерного излучения для накачки плотной среды являлся лазер ЛЖИ-504 с активной средой на растворе красителя родамин 6Ж в этиловом спирте. Накачка лазера на красителе осуществлялась импульсным лазером на парах меди. Частота следования импульсов - 10 кГц, длительность импульса излучения лазера ; на красителе - 10 не (см. Рис.1).

Максимальная средняя мощность составляла около 20 мВт (2 мкДх в импульсе и 200 Вт импульсной мощности). Ширина спектра генерации лазера на красителе заметно зависела от его настройки и модности и изменялась в пределах 0.025+0.030 нм (35+40 ГГЦ) (см. Рис.2). Межмодовое расстояние, определяемое длиной линейного резонатора (Ь»40 см), составляло примерно 400 МГц. Таким образом, в полосе генерации располагалось около 90 мод резонатора. Изучение временной зависимости спектрального состава излучения лазера на красителе показало, что мощность его излучения в спектральном диапазоне, содержащим 2-3 моды резонатора, испытывает от импульса к импульсу стопроцентную временную модуляцию.

Лазерный пучок разделялся делителем излучения на пучок накачки и задержанный на 31 пс относительно него пробный пучок. Мощность пробного пучка не превышала 2% от мощности пучка накачки. Оба пучка пересекались в толще положительного столба тлеющего разряда в неоне. Угол пересечения мог изменяться в пределах 0.5°+1.5°. Поперечный размер обоих пучков в области пересечения составлял около 1 мм. Область взаимного пересечения лазерных пучков изменялась в пределах З-ЫО мм. Пиковая интенсивность пучка накачки на входе в поглощающую среду достигала величины 30 кВт/ом2.

Все временные измерения интенсивности в наших экспериментах производились комплексом из лавинного фотодиода ЛФД-2 и осциллографа 1С-104 с полосой пропускания 1.5 ГГц, определявшей максимальное временное разрешение при изучении оптических сигналов.

Основным оптическим элементом с высокой разрешающей способностью в использованной нами схеме регистрации спектрального состава лазерного излучения являлся сканируемый интерферометр Фабри-

Перо. Выбранный нами интервал свободной дисперсии интерферометра для регистрации спектров пробного пучка и пучка накачки составил -0.05 нм. Разрешающая способность интерферометра неоднократно проверялась в ходе экспериментов по спектру генерации гелий-неонового лазера и была не менее 60.

Вторая половина третьей главы содержит изложение экспериментальных результатов. В ходе проведения экспериментов выло обнаружено, что широкополосный импульсный пучок, распространяясь через резонансно поглощающую плотную среду при наличии импульсного широкополосного пучка накачки, испытывает нестационарное усиление на обоих крьшьях линии поглощения с квазипериодической структурой спектра усиления (и поглощения). Усиление наблюдается в ограниченном с обеих сторон диапазоне мощностей пучка накачки /2*,4*/.

При регистрации временной зависимости интегральной интенсивности пробного пучка после его прохождения через резонансно поглощающую среду в присутствии пучка накачки удалось однозначно зафиксировать увеличение интегральной интенсивности на переднем фронте импульса Сез заметного изменения сигнала на заднем фронте (Рис.1) /4*/. Время существования усиления не превышало 1+1,5 не, что в несколько раз меньше общей длительности импульса (прекращение процесса усиления при первом спаде интенсивности представляется в значительной мере случайным). Так как временное разрешение использованной нами аппаратуры составляло около 1 не, не исключено, что время существования усиления реально заметно меньше. Следует особо отметить стабильность временной зависимости интегральной интенсивности усиленного излучения по сравнению с громадными флуктуациями модового состава исходного лазерного пучка.

Рис.1.

Временной ход импульса пробного лазерного луча Я. = 585.2 нм:

a) до разрядной трубки,

b) после прохождения разрядной трубки.

(Амплитуда мощности сильного лазерного пучка 15 кВт/см2) .

0 2 4 б $ 10 t,ns

Увеличение интегральной интенсивности на переднем фронте пробного пучка могло достигать 1.5-5-2 раз. Регистрация интегральной по времени и спектру мощности пробного пучка показала, что даже она испытывает 104-15% увеличение после прохождения поглощающей среды с мощным полем накачки.

К основным спектральным особенностям обнаруженного эффекта следует отнести:

1. Спектральная зависимость коэффициента усиления пробного пучка имеет немонотонный, квазипериодический характер с нерегулярным чередованием слабых и более сильно выраженных неэквидистантных максимумов (см. Рис.2). Такой характер модуляции коэффициента усиления сохраняется даже в том случае, если после прохождения активной среды пробный пучок испытывает заметное ослабление. Отметим также большую нестабильность и невоспроизводимость конкретной квазипериодической структуры спектра усиления на больших промежутках времени при постоянном обнаружении самого факта существования немонотонного усиления.

2. Исследование спектра коэффициента усиления пробного пучка показало, что в ряде случаев удается зарегистрировать очень четко выраженную периодическую, немонотонную по амплитуде, структуру, проявляющуюся как в усилении, так и в поглощении. То, что четкая периодическая структура коэффициента усиления регистрируется не при всех реализациях, может объясняться общей нестабильностью как мощности накачки, так и его спектрального состава.

AMPLIFICATION

-г

О 5 10

FREQUENCY, GHz

Рис.2.

Спектр усиления пробного пучка. Давление неона -1 Торр, ток разряда - 40 мА, длина волны Л.=588.2 нм.

3. Коэффициент усиления пробного пучка имеет максимум при мощности

накачки в районе 15 кВт/см2, в обе стороны от которого

сравнительно плавно падает, и исчезает при изменении мощности накачки в 2+3 раза.

Максимальный спектральный коэффициент усиления, усредненный по длительности импульса, достигал 2. Подчеркнем, что при спектральных измерениях регистрировался интегральный по времени, усредненный по большому количеству импульсов, .коэффициент усиления. С учетом того, что время существования усиления не превышало 20+25% общей длительности импульса, спектральный коэффициент усиления пробного пучка реально может достигать 10 раз и более.

Кроме того, необходимо отметить следующие любопытные особенности спектров усиления:

Ширина спектра усиления в ряде случаев явно превышает ширину спектра пробного пучка;

Квазипериодическая структура спектра усиления занимает не только далекие крылья линии поглощения, но и в ряде случаев четко выражена даже вблизи ее максимума.

Четвертая глава посвящена численному решению задачи о параметрическом усилении пробной волны при переходных процессах в поглощающей резонансной среде /6*-16*/. Сопоставление допущений, сделанных во Второй главе и реальных параметров эксперимента показывает, что не реализуется допущение о ступенчатом включении поля накачки. Кроме того, нельзя пренебрегать временами релаксации и задержкой пробного пучка относительно пучка накачки. Для учета этих параметров нами были выведены уравнения в безразмерных величинах, послужившие основой для численного решения задачи. Естественным параметром времени в такой системе выступает величина обратная кооперативной частоте.

Задача решалась для двух случаев:

♦ для прямого управления разностью заселенностей внешним полем накачки;

♦ для самосогласованной задачи, когда интенсивность поля в резонаторе представляет собой сумму поля накачки и поля реакции среды.

В обоих случаях расчеты проводились нами для двух характерных

форм импульса накачки:

• для ступенчатого включения поля,

• для импульса конечной длительности с плавно нарастающей амплитудой, параметры которого соответствовали импульсу накачки, имевшему место в эксперименте.

Результаты расчета показали, что в результате решения несамосогласованной задачи получаются громадные инкременты усиления амплитуды пробного пучка (до 10й), что явно указывает на физическую нереальность данной модели.

Решение самосогласованных уравнений для случая ступенчатого включения поля накачки показывает, что по сравнению с результатами, полученными для несамосогласованной задачи, максимум коэффициента усиления пробной волны сдвигается в сторону больших интенсивностей поля накачки и вся зависимость характеризуется гораздо большей добротностью. Основной максимум зависимости коэффициента усиления пробного пучка от интенсивности пучка накачки расщеплен на несколько компонентов с добротностью не менее 105 (Рис.3). Общий характер зависимости коэффициента усиления пробного пучка вблизи максимумов и скорость сходимости вычислительной процедуры указывают на крайнюю неустойчивость решения в этой области.

Замена ступенчатого включения поля накачки реальным импульсом приводит к большему сдвигу максимума коэффициента усиления в сторону больших интенсивностей с общим уменьшением величины самого усиления без изменения общего характера решения. Учет задержки пробного поля относительно поля накачки показывает, как и следовало ожидать, отсутствие усиления при полном отсутствии задержки и периодический характер самой зависимости.

Спектр усиления пробного поля воспроизводит периодическую структуру, характерную для спектров усиления, полученных в эксперименте. Простейший и наиболее показательный расчетный спектр, напоминающий спектр генерации при эффекте конденсации, приведен на Рис.4.

Пятая глава посвящена еще одной задаче, демонстрирующей поведение плотной среды при когерентном взаимодействии с полем на временах меньших времен релаксации. То, что время жизни атома вблизи ОВФ-зеркала зависит от его коэффициента отражения, было отмечено довольно давно /б/. В последующей работе /7/ было найдено, что с

тах8" . (01 пах (О

ргоЬе у ритр * '

1Е+ 5

1Е+ 4 -

1Е+ 3

1Е+ 2 -

1Е+- 1

1 ' 1 1 I 1 1 1 I ' I 1 1 1—I—■—Г 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22

/¡£}г

Рис.3.

Зависимость коэффициента усиления пробного пучка от амплитуды накачки, рассчитанная для ступенчатого импульса накачки и временем

задержки пробного поля относительно импульса накачки Тг = 0.45Г2ё' ■ Параметры среды: Т, =600^, Т, = ЗОГ2с', Тк = бОООПр .

Рис.4.

Семейство спектров усиленного пробного поля при различных амплитудах накачки для ступенчатого импульса накачки. Шкала расстройки Д указана в единицах кооперативной частоты -

ростом коэффициента усиления ОВФ-зеркала, начиная с некоторого порога, нижнее состояние двухуровневой системы становится неустойчивым, также как и верхнее. На основании уравнений, полученных в /7/, нами показано, что в системе «резонансная среда + ОВФ-зеркало» с ростом коэффициента усиления ОВФ-зеркала одновременно с возникновением неустойчивости нижнего состояний резонансной среды появляется дополнительная точка устойчивого равновесия с постоянным дипольным моментом. При этом фазовые портреты, изображенные на сфере Блоха и описывающие поведение такой системы, представляют из себя замкнутые неветвящиеся и непересекающиеся кривые, описываемые вокруг новой точки равновесия

Для выяснения влияния фазовых и энергетических потерь на поведение такой системы исходные уравнения, написанные для переменных Блоха, были дополнены нами релаксационными членами:

2 2

= [(1 - т)Ы2 + (1 + /и)У2 +1)

•м

где = |Ш, N - число частиц в объеме;

р _ 2 цОп _ д/2 _ удвоенный коэффициент Эйнштейна;

ЗЙс

Ш = П - телесный угол, в - коэффициент отражения

ОВФ-зеркала.

Численное решение поведения системы при и»>1 с учетом времен релаксации показал, что при отсутствии начального сдвига фаз между полем и поляризацией (V = 0) время между импульсами суперизлучения перестает определяться исключительно квантовыми шумами. Система начинает излучать кзазипериодические импульсы суперизлучения, плавно уменьшающиеся по амплитуде. На временах (»Т, система стремится к стационарному состоянию с остаточной поляризацией, достаточной для поддержания автонасыщения среды.

В Заключении сформулированы основные результаты:

- обнаружен эффект кооперативного широкополосного усиления света в плотной резонансно поглощающей среде в открытом пространстве при модуляции разности заселенностей широкополосным пучком накачки;

- на основании аналитической модели и численных расчетов дано объяснение обнаруженного эффекта, как параметрического по своей сути, процесса, реализуемом при когерентном состоянии системы «поле + вещество»;

- при численном расчете величины параметрического усиления обнаружено существование высокодобротных резонансов в зависимости коэффициента усиления пробного пучка от интенсивности накачки;

- проведен полный анализ поведения системы «резонансная среда -ОВФ-зеркало». В отсутствии релаксации обнаружено существование устойчивого состояния с постоянным дипольным моментом в системе «резонансная среда - ОВФ-зеркало». Учет релаксации показывает, что система стремится к автонасыщенному состоянию с остаточной поляризацией.

Особо отмечены следующие общие выводы, вытекающие из проведенного анализа:

использование кооперативных параметрических процессов позволяет получать усиление в двухуровневой системе без создания и поддержания инверсии заселенностей;

полоса усиления в такой системе не ограничена собственной шириной линии поглощения и определяется в основном плотностью среды; выведение в Главе 2 уравнения естественным образом распространяются на многоуровневую систему. Это позволяет предсказать существование в аналогичных условиях параметрического усиления на смежных переходах.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1*.Егоров B.C., Федоров А.Н., Чехонин И.А. "Амплитудно-фазовая дискриминация при процессах резонансного излучения вблизи ОВФ-зеркала". - В кн.: "Всесоюзная конференция "Оптика лазеров". Тез.докл., Л., 1990. 2*. Егоров B.C., Федоров А.Н., Чехонин И.А. "Наблюдение усиления импульса с широким спектром в плотной резонансной среде при двухволновоы взаимодействии". - В кн.: "Нелинейные и когерентные эффекты во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии". Тез. докл., Л., 1991, с.22-24.

3*.Егоров B.C., Федоров А.Н., Чехонин И.А. "Кооперативное излучение вблизи ОВФ-зеркала". - Опт. и спектр., 1992, т.72, вып.2, с.349-352.

4*. Егоров B.C., Федоров А.Н., Чехонин И.А. "Нестационарное двухволновое взаимодействие в оптически плотных резонансно-поглодающих средах". - Опт. и спектр., 1992, т.73, вып.1, с.102-107.

5*.Васильев В.В., Егоров B.C., Федоров А.Н., Чехонин И.А. "Лазеры и лазерные системы на основе кооперативных эффектов в оптически плотных резонансных средах без инверсии заселенностей (Обзор)". -Опт. и спектр., 1994, т.76, вып.1, с.146-160.

6*.Egorov V.S., Fedorov A.N., Chekhonin I.A. "Coherent amplification of the broadband multimode laser radiation near the resonance in an optically dense extended medium without population inversion". - 15-th International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, June 27 - July 1, St.-Petersburg , Digest, 1995, v.l, p. 232-233.

7*.Vasil"ev V.V., Egorov V.S., Fedorov A.N., Chekhonin I.A. "Lasers and laser systems, based on cooperative phenomena in an optically dense resonance media without population inversion". - Russian-German laser symposium, St.-Petersburg, July 1-5, 1995.

8*.Egorov V.S., Fedorov A.N., Chekhonin I.A. "Cooperative phenomena in the optically dense resonant inversionless media as a new method for generation of the USP coherent radiation". -International Symposium "Modern Problems of Laser Physics", Novosibirsk, Digest, 1995, v.l, p.17-18.

9*.Egorov V.S., Fedorov A.N., Chekhonin I.A. "Cooperative Phenomena in the Optically Dense Resonant Inversionless Media as a New Method for Generation of the USP Coherent Radiation". - В кн.: "Modern Problems of Laser Physics" (материалы международного симпозиума MPLP"95, Aug. 28 - Sept. 2, 1995), Изд-во CO PAH, Новосибирск, 1996, p.138-149.

10*. Egorov V.S., Vladimirov A.G., Fedorov A.N., Chekhonin I.A. "The Experimental and Theoretical Investigation of the Parametrical Cooperative Amplification in Optically Dense Resonance Medium without Population Inversion". - Deitsch-Russisches Lasersymposium, 30.04-04.05. 1996, Bonn, Digest.

11*. Vladimirov A.G., Egorov V.S., Moroshkin P.V., Fedorov A.N., Chekhonin I.A. "coherent Amplification due to Cooperative Effects in Optically Dense Resonant Media without the Population Inversion". - XI International Symposium on Modern Problems of Laser Physics (MPLP'97) Novosibirsk, Russia, July 28 - August 2, 1997. Digest, P II-l - P II-2.

12*. Vladimirov A.G., Egorov V.S., Moroshkin P.v., Fedorov A.N., Chekhonin l.A. "Coherent Amplification due to Cooperative Effects in Optically Dense Resonant Media without the Population Inversion". - В кн.: II Interlational Symposium on Modern Problems of Laser Physics (MPLP'97) Novosibirsk, Russia, July 28 - August 2, 1997, Proceedings, p.251-256.

13*.Vasil"ev V.V., Egorov V.S., Fedorov A.N., Chekhonin I.A. "Coherent Amplification and Generation in Optically Dense Resonant Media without the Population Inversion". - В кн.: XVI International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO' 98) Moscow, Russia June 29 - July 3, 1998. Изд-во USSR Publishers, Moscow, Technical Digest, 1998, p.336.

14*.Багаев C.H., Егоров B.C., Морошкин П.В., Федоров А.Н., Чехонин И. А. "Усиление и генерация в двухуровневых оптически плотных резонансных средах без инверсии заселенностей на основе кооперативных явлений при взаимодействии света и вещества". - Опт. и спектр., 1999, т.86, вып.6, с.912-917.

15*.Bagaev S.N., Vasil"ev V.V., Egorov V.S., Moroshkin P.V., Fedorov A.N., Chekhonin l.A. "Amplification and Generation in Two-level Resonant Optically Dense Inversionless Media due to Cooperative Phenomena." В кн.: First Russian-French Workshop "Lasers, Mesures de precision et Optique Quantique", "Лазеры, Сверхточные Измерения и Квантовая Оптика", Les Houches (26 septembre - 1 octobre 1999), Collections of Abstracts.

16*.Егоров B.C., Мехов И.Б., Морошкин П.В., Федоров А.Н., Чехонин И.А. "Когерентное распространение полихроматического лазерного излучения в оптически плотных резонансных протяженных средах без инверсии заселенностей". В кн. : "Международная конференция «Оптика-99»". Тез. докл., С.-Петербург (19-21 октября), 1999, с.81.

Цитированная литература

1.Khanin Ya.I., Kagan A.G., Novikov V.P., Novikov M.A., Polushnik X.N., Shcherbakov A.I. - Opt. Commun., 1980, v.32, №2, pp.456-458.

2.Аллен Л., Эберли Дж. Оптический резонанс и двухуровневые атомы. -М.: Мир, 1978. - 223 с.

3.Васильев В.В., Егоров B.C., Чехонин И.А. - Опт. и спектр., 1985, т.58, вып.4, с.944-946. Васильев В.В., Егоров B.C., Чехонин И.А. -Опт. и спектр., 1991, т.70, вып.4, с.897-901.

4.Преображенский Н.Г. - ЖЭТФ, Т.25, вып.1, с.154-155, 1968.

5.Теория кооперативных когерентных эффектов в излучении/ Под ред. Трифонова Е.Д. Л., 1986; Владимиров А.Г., Пелюхова Е.Б., Фрадкин Э.Е. Опт. и спектр., 1987, т.63, вып.4, с.863-869.

6.Agarwal G.S. - Opt. Commun., 1982, v.42, p.205-207.

7.Cook R.J., Milonni P.M. - IEEE Journal of Quant. Elect., 1988, v.24, №7, p.1383-1387.

ЛР № 040815 от 22.05.97.

Подписано к печати . .2000 г. Формат бумаги 60X90 1/16. Бумага офсетная. Печать рнзографнчсская. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 1188. НИИ химии СПбГУ. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии НИИХ СПбГУ с оригинал-макета заказчика. 198904, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр. 2.