Экспериментальные методы оптики и спектроскопии в исследованиях физики газоразрядных лазеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

РГ6 од

- 8 ОКТ 1996

Московский государственный университет им. М.В Ломоносова

Научно-исследовательский институт ядерной фишки им. Д.В.Скобельцына

На правах рукописи УДК 535.075

ЛЕБЕДЕВА Вера Владимировна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПТИКИ И СПЕКТРОСКОПИИ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ФИЗИКИ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАЗЕРОВ

Специальность 01.04.05 - Оптика

Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук в форме научного доклада

Москва - 1996

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М.ВЛомоносова

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук профессор

A.Н.Ленин (физич.ф-т MIT, Москва)

Доктор физико-математических наук, действительный член Российской Академии инженерных наук, профессор

B.Н.Очкин (Физический институт РАН, Москва)

Доктор физико-математических наук профессор Н.И.Калитеевский (физич. ф-т С.-Петербургского ун-та,

C.-Петербург)

Ведущая организация:

кафедра оптики физического факультета Саратовского государственного ун-та

Зашита состоится " сг^ДД-^ 199^. г. в ./5~ч.

на заседании Специапизированного совета Д 053.05.80 в МГУ по адресу:

119899, Москва, Воробьевы горы, НИИЯФ МГУ, 19 корп., аул. 2-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ.

Диссертация разослана "

Учёный секретарь Специализированного совета Д053.05.80 кандидат физико-математических наук

В.В.РАДЧЕНК.0

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ.........................................4

Актуальность темы...............................................................................4

Цель и основные задачи диссертации.................................................5

Научная значимость и новизна работы...............................................5

Практическая значимость работы........................................................6

На защиту выносятся:...........................................................................7

Апробация работы................................................................................8

Объём и структура диссертации..........................................................9

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.................................................................11

1. Спектроскопические исследования низкотемпературной газоразрядной плазмы......................................................................... 11

2. Оптические методы исследования лазерной генерации и управления ее характеристиками........................................................14

3. Трехуровневая лазерная спектроскопия с использованием аргонового ионного лазера..................................................................25

4. Систематизация и обобщение экспериментальных методов оптики и спектроскопии в книге "Экспериментальная оптика"......37

Основные результаты и выводы..........................................................41

Публикации по теме диссертации......................................................44

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы

Фундаментальный характер оптики как одного из крупных разделов современной физики определяет ее особую роль в научно-техническом прогрессе. Будучи одной из древнейших наук, оптика в настоящее время переживает новое рождение и распространяется на многие смежные области. Ход развития современной науки и техники за последние десятилетия свидетельствует о взрывном разрастании области приложений оптики.

Значительную роль в прогрессе оптики играет возникновение когерентных и нелинейных методов и применение их к решению фундаментальных и прикладных проблем. Сразу же после появления лазеры стали объектом исследований физических процессов, приводящих к генерации, и свойств и характеристик лазерного излучения, которые во многом сходны со свойствами и характеристиками излучения радиотехнических генераторов. Это сходство послужило причиной проникновения в оптику радиофизических методов исследований и управления генерацией и успешного их применения в оптических вариантах. Вместе с тем в лазерных исследованиях нашли широкое применение классические методы оптики и спектроскопии. Сочетание и развитие этих подходов является одной из актуальных задач современной оптики.

В настоящей диссертации представлены результаты исследований, сочетающих классические методы некогерентной оптики и подходы, развиваемые в когерентной и нелинейной оптике. По первому из этих направлений проведены исследования традиционных объектов - газоразрядных источников излучения, тонких пленок, по второму - разносторонние исследования физических процессов, определяющих свойства и характеристики излучения, генерируемого газоразрядными лазерами. Основные исследования, имеющие пионерский характер, выполнены с Aril лазером. Изучаюсь также характеристики He-Ne лазера и лазеров на самоограниченных переходах Си и Ne. Проведенные комплексные исследования Aril лазера показали новые возможности спектроскопии высокого разрешения -методом нелинейной трёхуровневой спектроскопии в контуре спектральной линии плазмы аргона в условиях превалирующего допилеровского уширеиия

(4000 МГц) получена и изучена спектральная структура с рекордно узкой шириной 50 МГц, что на порядок меньше естественной ширины (500 МГц) ■ используемых линии Aril.

Оптические методы, использованные при выполнении изложенных в диссертации экспериментов, и достигнутые результаты позволили систематизировать и обобщить экспериментальные методы современной оптики и изложить их в виде монографии "Экспериментальная оптика" (Изд-во Моск. ун-та, 1994 г.), которой Государственным комитетом Российской Федерации по высшему образованию присвоен гриф "учебник" для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности и направлению "Физика".

Цель и основные задачи диссертации

состояли в совершенствовании традиционных методов экспериментальной оптики, их развитии, разработке новых методов (на примере исследований газоразрядных лазеров, в особенности Aril лазера) с учетом специфичности развивающихся областей когерентной и нелинейной оптики и обобщении на этой базе современных оптических методов в книге "Экспериментальная оптика" (Изд-во Моск. ун-та. 1994 г.).

Научная значимость и новизна работы

1. На основе традиционных методов экспериментальной оптики и их развития разработаны новые методы, позволившие провести комплексные экспериментальные исследования свойств и характеристик лазеров, в числе которых впервые:

* Изучены характеристики регенеративного усиления с использованием He-Ne лазера; на линии с длиной волны 632,8 нм получен коэффициент усиления, равный 1000, показаны особенности применения регенеративных усилителей в симметричном и согласованном режимах.

* Экспериментально измерены фундаментапьные величины-времена жизни нижних рабочих уровней Aril лазера, имеющие решающее значение для лазерной генерации, и ряда других уровней Aril и КгИ.

* Измерены заселенности рабочих уровней в плазме Aril лазера и выявлена причина насыщения инверсии, установлены механизмы накачки верхних рабочих уровней Aril.

* Проведены измерения характеристик насыщения линии генерации Aril в многочастотпом и одночастотном режимах, показавшие возможность достижения высокой выходной мощности на зеленой линии 514,5 им. На синей линии 488 нм получена выходная мощность генерации 2 Вт в одночастотном режиме.

* Изучена динамика развития генерации !1 линии Aril, а также конкуренция типов колебаний в Aril и He-Ne лазерах с высоким разрешением во времени.

* Выполнены эксперименты по обращению волнового фронта в активной среде одночастотного Aril лазера непрерывного действия, проведены спектральные исследования частотной ширины обращенного сигнала.

* Экспериментально и расчетным путем доказано наличие типичной для лазеров модовой структуры в излучении импульсного газоразрядного лазера на самоограниченных переходах Си.

2. Развитые в проведенных исследованиях экспериментальные методы позволили использовать Aril лазер в изучении нелинейных взаимодействий методом трёхуровневой лазерной спектроскопии, в рамках которых впервые экспериментально и расчетным путем получены и изучены спектральные структуры, по ширине на порядок меньшие естественной ширины спектральных линий:

* Узкий провал в центральной части допплеровски уширенной линии смежного перехода при настройке сильного поля вблизи центра перехода.

* Узкий пик на крыле допплеровски уширенной линии смежного перехода ("отщеплённый резонанс") при значительной отстройке сильного поля от центра перехода.

* Узкий пик с двойной вершиной в центре допплеровски уширенной линии смежного перехода при точной настройке сильного поля по центру перехода.

Практическая значимость работы

обусловлена возросшей ролью оптических методов и технологий в решении важных научных и народнохозяйственных задач, в основном определяемой развитием лазеров и проникновением в оптику нелинейных и когерентных методов. Физические параметры и характеристики, полученные в данной работе, способствуют повышению технического уровня лазерных устройств и их эффективности. Учебник "Экспериментальная оптика".

созданный на баче проведенных исследований и многолетнего опыта работы автора со студентами, обеспечивает современный уровень подготовки специалистов в области оптики. Он исполмуется во многих университетах, технических вузах и исследовательских учреждениях России, стран СНГ и ближнего зарубежья.

В диссертации решена важная физическая проблема - совершенствование классических оптических экспериментальных методов и разработка новых применительно к задачам исследований лазеров, особенно Aril лазера, представляющего значительный интерес в качестве объекта спектроскопических исследований и находящего широкие практические применения. На основе проведенных исследовании и имеющегося многолетнего опыта лекционной и практической работы решена важная народнохозяйственная задача - впервые создан учебник по экспериментальной оптике, отвечающий современному состоянию науки и задачам подготовки специалистов.

На защиту выносятся:

1. Развитие традиционных методов экспериментазьной оптики, разработка новых и применение их для комплексных исследований свойств и характеристик газоразрядных лазеров, в рамках которых впервые:

* В режиме регенеративного усиления He-Ne лазера на длине волны 632,8 им получен коэффициент усиления, равный 1000, показаны особенности применения регенеративных усилителей в симметричном и согласованном режимах.

* Измерены времена жизни нижних рабочих уровней Aril лазера, имеющие важнейшее значение для понимания физики действия лазера. Измерены заселенности рабочих уровней и выявлена причина насыщения инверсии Aril лазера, ограничивающая выходную мощность генерации.

* Измерены характеристики насыщения основных линий генерации Aril лазера, показавшие возможность достижения высокой выходной мощности на зеленой линии 514,5 нм при низких потерях в резонаторе. Получен высокий коэффициент преобразования многочастотной мощности в одночастотную, достигающий 0,6 - 0,7. На линии 488 нм Aril достигнута выходная одночастотная мощность 2 Вт.

* Изучена динамика развития генерации I ! линий непрерывного Aril лазера, а также конкуренция типов колебаний в He-Ne и Aril лазерах с разрешением во времени до 10"7 с.

* Получено обращение волнового фронта в активной среде олночас-тотного Aril лазера непрерывного действия, проведены спектральные исследования частотной ширины обращенного сигнала.

* Доказано эксперимснтачьно и расчетным путем наличие модовой структуры в излучении импульсного газоразрядного лазера на самоограниченных переходах Си.

2. Применение развитых экспериментальных методов для исследований нелинейных взаимодействий в активной среде Aril лазера методом нелинейной трёхуровневой спектроскопии, в которых впервые в условиях превалирующего допплеровскою уширения получены экспериментально предсказанные расчетным путем спектральные структуры, ио ширине на порядок меньшие естественной ширины спектральных линий:

* Узкий провал в контуре допплеровски уширенной линии при настройке сильного поля вблизи центра перехода.

* Узкий пик на крыле допплеровски уширенной линии при значительной отстройке сильного поля от центра перехода ("отщепленный резонанс").

* Узкий пик с двойной вершиной в центре допплеровски уширенной линии при точной настройке сильного поля по центру перехода.

3. Обобщение и систематизация на основе проведенных научных исследований и многолетнего опыта лекционной и практической работы современного состояния, тенденций и возможностей экспериментальной оптики в монографии "Экспериментальная оптика" (Изд-во Моск. ун-та, 1994 г.), которой Государственным комитетом Российской Федерации по высшему образованию присвоен гриф "учебник" для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности и направлению "Физика".

Апробация работы

Результаты исследований докладывались:

на Всесоюзных совещаниях по спектроскопии: VII (Свердловск, 1950), IX (Тарту, 1954), XIII (Ленинград, 1960), XVI (Москва, 1969); на Всесоюзных съездах по спектроскопии: XVII (Минск, 1971). XIX (Томск. 1983). XX (Киев, 1988), XXI (Звенигород, 1995); на научно-технических конференциях МЭИ (Москва, 1962, 1965); на II региональном семинаре

"Газовые лазеры на парах химических элементов" (Ростов-на-Дону, 1973). на Всесоюзной конференции "Оптика лазсров"(Ленпнград, 1977); на IX Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград. 1978); на XXV Совещании по люминесценции (кристаллофосфоры) (Львов. 1978); на X юбилейной национальной конференции по атомной спектроскопии (Болгария, София, 1982);

на VI Европейской конференции по атомной и молекулярной физике ионизованных газов (Оксфорд, Англия, 1982); на Республиканском семинаре "Физические методы исследования прозрачных неоднородностей" (Москва. 1985); на III Всесоюзной конференции "Теоретическая и прикладная оптика" (Ленинград, 1988); на II Нижневолжском региональном научном семинаре (Волгоград, 1989); на Всесоюзном научном семинаре "Математическое моделирование и применение явлений дифракции" (Москва. 1990); на Вавиловских конференциях по нелинейной оптике, Новосибирск: VII, 1981; VIII, 1984; X, 1990; на Всесоюзном семинаре "Спектроскопия низкотемпературной плазмы" (Петрозаводск, 1990).

Два издания книга автора "Техника оптической спектроскопии" (1977 г. и 1986 г.), предшествующие книге "Экспериментальная оптиха" и имеющие гриф "учебное пособие", получили распространение и признание в вузах и университетах страны, а также за рубежом. На эти издания имеются рецензии, опубликованные в Журнале прикладной спектроскопии в 1977 г.. т.27, в.З, с.554 - 556 (автор рецензии проф. В.А.Фабрикант) и в 1987 г., т.46. в.6, с.1033 - 1034 (авторы акад.АН БССР Б.И.Степанов и проф. Л.В.Лёвшин). В рецензиях отмечаются высокий уровень, доступность и ясность изложения и большая информативность обеих книг, являющихся основным учебным пособием по соответствующим лекционным курсам и практикумам многих университетов страны.

При подготовке третьего издания книга ("Экспериментальная оптика") учтены пожелания и рекомендации, высказанные преподавателями и сотрудниками различных университетов страны и работниками научно-исследовательских институтов и промышленности, использующими оптические методы в своей работе. Основные положения, характеризующие книгу "Экспериментальная оптика", доложены на XXI съезде по спектроскопии в октябре 1995 г. (г. Звенигород).

Личный научный вклад автора почти во всех работах, включённых в диссертацию, янляется определяющим и состоит в разработке направлений исследований, подготовке и проведении экспериментапьных исследовании.

выполнении теоретических расчетов и в обработке и обсуждении результатов.

Объём и структура диссертации

По теме диссертации имеются 84 публикации [1 - 84], в том числе три учебных пособия [41. 44. 65] и учебник "Экспериментальная оптика" [83]. Материалы диссертации докладывались на 25 научных конференциях.

Содержание научного доклада подразделяется на главы: 1. Спектроскопические исследования низкотемпературной газоразрядной плазмы; 2. Оптические методы исследований лазерной генерации и управления ее характеристиками; 3. Трёхуровневая лазерная спектроскопия с использованием аргонового ионного лазера; 4. Систематизация и обобщение экспериментальных методов оптики и спектроскопии в книге "Экспериментальная оптика".

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ

Плазма источников света, используемых в оптике и спектроскопии, характеризуется рядом параметров - температурой и концентрацией электронов и тяжелых частиц, временами жизни атомов в возбужденных состояниях и др. Широкие возможности исследований этих параметров дают оптические методы диашостики плазмы [41].

Для измерений температуры плазмы по интенсивностям спектральных линий необходимы наличие известных констант линий - вероятностей соответствующих атомных переходов или факторов интенсивностей молекулярных спектров и уверенность, что для данных линий плазма является оптически тонкой. Так, в [1, 2] для измерений температуры плазмы дугового разряда в воздухе использовался молекулярный спектр гидроксила ОН 306,4 нм, который часто наблюдается в свечении, например, ракетных азамен. В [1] приведены рассчитанные факторы интенсивностей ветви Q ОН 306,4 нм и подробный спектр, что позволяет использовать этот метол и в других исследованиях.

Динамика свечения дугового разряда переменного тока при атмосферном давлении с разрешением по времени 1,5-10"4 сек исследовалась в [4]. По интенсивностям линий Cul определена температура плазмы в различные фазы горения разряда. В этой работе, а также во многих последующих, использована методика, позволяющая изучать динамику развития разряда [11, 29] или лазерной генерации [21, 23], основанная на использовании скоростного спектрографа СФК-1 с непрерывной регистрацией спектров на фотопленку, движущуюся со скоростью до 2 м/с (в работе [23] скорость развертки спектра генерации на линии 488 нм Aril лазера составляла 1000 м/с).

Значения вероятностей спонтанных переходов принадлежат к числу фундаментальных констант. Они могут быть вычислены теоретически, если имеется соответствующая модель расчета, однако более надежными считаются экспериментально найденные значения. Так, практическое совпадение результатов тщательных экспериментальных измерений относительных вероятностей переходов трех важнейших линий ртути— линий видимою

триплета 404,7 hm. 435,8 hm и 546,1 нм и теоретических расчетов, полученное в [3], показало надежность полученных констант.

В работе [5] для измерений абсолютных значений вероятностей переходов 37 спектральных линий Bal использовались известные из литературы значения вероятностей переходов линий Sri. Предварительно путем тщательных исследований динамики свечения дуги переменного тока было установлено, что характер поступления в разряд Ва и Sr практически тождественен и условия их возбуждения одинаковы.

Для измерений оптическим путем концентраций электронов в пределах 10'4 - 10'7 см"3 используют обычно форму контура линии Hp 486,1 нм, ширина которой на половине интенсивности в этих случаях составляет от 0,03 нм до 3 нм. В спектре дуги, горящей при атмосферном давлении, когда концентрация электронов составляет около 10|й см"3 , ширина Hp на половине интенсивности легко измеряется на спектрах, полученных со спектральными приборами средней дисперсии (СФК-1. ИСП-51 с камерой f=270 мм [11, 29]).

Форма контура водородной линии Hp очень чувствительна к различным аномалиям характеристик разряда. Это позволило в [38, 39] использовать ее (дисперсия прибора составляла 0,12 нм/мм) для выбора наиболее благоприятных условий регистрации спектров свечения разряда в полом катоде, предназначенных для определения лоренцовских ширин спектральных линий Aril и KrII.

Измерения ширин спектральных линий позволяют находить времена жизни и вероятности распада уровней. Например, непосредственное определение времен жизни резонансных уровней ионов Аг, важных с точки зрения лазерной генерации, затруднено тем, что линии, излучаемые при переходах с этих уровней, лежат в области вакуумного ультрафиолета (90 нм), а времена жизни составляют доли наносекунд. В [27] использован метод определения времен жизни по естественной ширине линий, оканчивающихся на данных уровнях. Естественная ширина выделялась из наблюдаемого контура, составляющими которого были также допплеровский контур и аппаратная функция использованного сканируемого интерферометра Фабри-Перо.

Особая важность полученных результатов состоит в том, что до выполнения работы [27] в литературе существовали только вычисленные ошибочные значения времен жизни резонансных уровней Aril, превышающие правильные значения в 5 раз, что приводило к неверной трактовке механизма генерации аргонового лазера. Усовершенствование методики

исследований и детальное изучение возможных пофешностси [39] по;;'о лили получить в [39, 38] надежные значения времен жизни резонансных п 30 других уровней Aril и KrII.

Правильное использование и учёт аппаратной функции прибора при исследованиях плазмы имеют важнейшее значение. При измерениях температуры плазмы по интенсивностям спектральных линий [1 - 5] выбранная ширина щелевой аппаратной функции спектрографа обеспечивала правильность фотометрических измерений интенсивностей. В работах [11, 29] ширина аппаратной функции была значительно меньше ширин водородных линий и могла не приниматься во внимание. В работах [27, 38, 39] аппаратная функция интерферометра Фабри-Перо учитывалась автоматически (метод Баллика). В некоторых случаях ширина аппаратной функции может целиком определять ширину наблюдаемых полос в спектре. Эго имело место, например, при исследованиях люминофоров на основе BaS [48, 49].

Следует отметить, что аппаратная функция оптического прибора может быть значительно улучшена аподизалией (устранением пьедестала). В работе [70] показано,что даже дифракционная аппаратная функция может быть улучшена (значительно уменьшены вторичные максимумы), если на зрачок оптического прибора надеть маску с уменьшением прозрачности к краям зрачка по бесселевскому закону. Однако при этом, как при всякой аподизации [44, 65, 83], основной максимум аппаратной функции несколько расширяется.

2. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ГЕНЕРАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Создание лазеров, в основе действия которых лежат квантовые процессы, но генерируемое ими ихзучение по свойствам (когерентность, направленность, мощность) подобно излучению радиотехнических генераторов, и перспективность их применений [12] привели к быстрому проникновению в оптику радиофизических методов и подходов.

Расчёты режимов работы регенеративного оптического квантового усилителя с диэлектрическими и металлическими зеркалами [6 - 8] показази возможность получения усиления порядка 10-20 дЬ даже при сравнительно низкой активности среды (при усилении на один пробег порядка единиц процентов). Экспериментальная работа с регенеративным оптическим квантовым усилителем и с Не-№ лазером с длиной волны генерации 632,8 нм [16] подтвердила этот вывод. Максимальный коэффициент усиления, полученный вблизи порога самовозбуждения, при величине усиления активной среды на один пробег, равной 2%, достигал 1000 (30 дБ).

В [8] показано, что металлические зеркала в регенеративном усилителе применять нежелательно не только с точки зрения их недостаточной лучевой прочности, но и из-за небольшой величины достижимого коэффициента усиления. Более подробным исследованиям металлической пленки при толщинах, много меньших толщины скин-слоя, посвящена работа [15]. С учётом многократных отражений от границ слоя и ослабления волны в пленке получены соотношения для комплексных амплитуд коэффициентов отражения и прозрачности металлической пленки. Рассчитанные по ним графики показывают, что пленка имеет максимум поглощения по мощности, равный А = 0,5, при значениях прозрачности и отражения Т = К = 0,25 в области значений толщин, много меньших толщины скин-слоя. С ростом толщины пленки значение Т падает, И -возрастает. Например, пленка из металла, коэффициент отражения которого в массивном куске равен 0,91, при толщине, равной всего 0,3 от толщины скин-слоя, фактически непрозрачна и хорошо отражает. Результаты работы имеют принципиальное значение, поскольку в литературе периодически появляются работы об "аномальном характере" скин-эффекта, цитированные в [15]. Результаты работы [15] включены как раздел в [44, 65, 83].

Изучение нелинейных свойств активной среды Не-Ке лазера с : •"■ волны 632.8 им. начатое в [13, 14] методом, заимствованным ;п радиофизики (метод рассогласования нагрузки), продолжено в [17] г;;;, л.» метод сравнивается с методом внесения в резонатор калиброванных поге,>-Показано, что метод рассогласования нафузки. которая в случае лазеро.« представляет собой третье зеркало с поглощающим светофильтром перед ним, расположенное за одним из зеркал лазера, имеет преимущество перед методом калиброванных потерь, поскольку не требует внесения внутрь резонатора каких-либо дополнительных элементов.

В работах [18, 19] измерены характеристики насыщения основных линий генерации аргонового лазера 488 нм, 476,5 нм и 514,5 им, определены параметры насыщения. Результаты работы позволили прояснить механизм насыщения инверсии в аргоновом лазере, в частности, доказать, что при возбуждении многих аксиальных типов колебаний усиление насыщается однородным образом в пределах спектральной области генерации. Измеренные величины параметров насыщения этих линий подтверждены теоретическими расчетами. Знание характеристик насыщения генерируе.иых линий позволяет рассчитывать оптимальную прозрачность выходного зеркала, обеспечивающего максимальную выходную мощность лазера. Характеристики насыщения основных линий генерации 488 им и 514,5 нм, имеющих различную конфигурацию термов (дублетный переход 488 нм и квартет-дублетный 514,5 нм), чрезвычайно различаются (рис.1). Это служит прекрасной иллюстрацией [44, 65, 83] возможности достижения высокой выходной мощности на зеленой линии 514,5 нм при ее сравнительно небольшой величине ненасыщенного усиления на один пробег и высоком пороговом токе генерации.

п

о

0,5

1.5 гр,в,т

Рпс.1. Характеристики насыщения основных линии генерации АгП латера []<)|

В [30] проведены расчеты кривых насыщения усиления для основной моды ТЕМ(Х) с учётом неоднородности светового поля лазера в радиальном направлении и вдоль оси резонатора. Получены соотошения. связывающие генерируемую мощность с параметрами активной среды и резонатора для одночастотного и многочастотного режимов генерации и в случае однородного и неоднородного уширений. Результаты работы имеют общий характер и должны учитываться при расчетах выходной мощности лазеров, а также при анализе экспериментальных кривых насыщения и нахождении по ним параметров насыщения.

Прояснению механизмов заселения рабочих уровней линий генерации в плазме аргонового лазера посвящена работа [21], в которой изучались пороговые токи возникновения генерации, ненасыщенный коэффициент усиления и выходная мощность 10 линий Aril лазера в области спектра от 454,5 до 514,5 нм, генерирующих одновременно. Для исследований динамики излучения лазера при токах, превышающих допустимый ток через капилляр, был использован квазистационарный режим с длительностью импульса -1 мс и амплитудой тока до 40 ампер (плотность тока до 900 А/см2). При таких режимах возникала еще одна линия генерации 488,9 нм. Спектры фотографировались на скоростном спектрографе СФК-1 с разрешением по времени 2-10"5 с. Результаты позволили сделать выводы о динамике заселенностей рабочих уровней.

Одной из центральных проблем в области лазеров является получение одночастотной генерации. Исследования характеристик одночастотного Aril лазера 488 нм с перестройкой частоты в пределах спектральной области генерации [20] позволили по ширине провала Лэмба оценить лоренцовскую

ширину линии. Была найдена величина параметра насыщения в одночастот-ном режиме. На основании расчетов получена связь отношения параметров насыщения в одночастотном и многочастотном режимах с отношением лоренцовской и допплеровской компонент ширины линии.

Возможностям создания одночастотного He-Ne лазера с достаточной выходной мощностью посвяшены работы [22, 24]. В продолжение работ [13, 14, 16] в [22] рассмотрены характеристики регенеративного оптического квантового усилителя как усилителя мощности с учётом явления насыщения усиления в симметричном режиме (одинаковые зеркала) и в согласованном, когда входной сигнал от усилителя не отражается [8]. Показано, что при больших коэффициентах усиления эффективность использования активной среды мала из-за невозможности в достаточной степени насытить активную

среду при малом уровне входного сигнала и относительно невысокое! добротности резонатора усилителя, ограниченной условием допорогоного режима. В таких случаях целесообразно использовать цепочку усилителен с малым усилением в выходных каскадах.

В [24] описана система автоматической подстройки частоты для относительной стабилизации частот He-Ne лазера и регенеративного усилителя на длине волны 632,8 нм. Эксперименты показали, что время стабильной работы системы зависит от коэффициента усиления. При усилении порядка 100 время удержания частоты в пределах рабочей области полосы усилителя составляло 1 час. Достигнутая на лабораторной установке относительная стабильность частоты при этом составляла Ю"10.

Возможностям абсолютной стабилизации частоты Aril лазера по центру спектральной линии посвящена работа [35], в которой исследован поворот плоскости поляризации излучения линии 488 нм в магнитном поле. Показано, что наиболее резкая зависимость угла поворота от частоты имеет место, когда зеемановское расщепление линии меньше или равно лорен-цовской ширине. Это явление можно использовать для стабилизации одно-частотного лазера с магнитным полем по центру линии с точностью ± 10 МГц. Эффект нелинейного фарадеевского вращения плоскости поляризации лазера подробно проанапизирован в [79], где с использованием аппарата матрицы плотности рассчитаны поляризационные характеристики излучения лазера с неоднородно уширенной линией, находящегося в магнитном поле: нелинейное вращение плоскости поляризации и эллиптичность излучения. Численные расчеты, выполненные для Aril лазера 488 нм, показали, что на поляризационных характеристиках имеется резкая структура с шириной, соответствующей однородной ширине перехода.

Магнитное поле существенно увеличивает выходную мощность Aril лазера с диаметрами капилляра 2-5 мм, однако наблюдающееся различие в величине поля для максимумов ненасыщенного усиления и мощности генерации свидетельствует об изменении характеристик насыщения усиления в присутствии магнитного поля. Исследованиями характеристик насыщения на линии 488 нм Aril лазера [36] выяснено, что в присутствии магнитного поля насыщение происходит медленнее. Анализ результатов показал, что наблюдаемое увеличение параметра насыщения примерно в два раза в основном связано с зеемановским расщеплением линии.

Конкуренция аксиальных типов колебаний, возникающая в лазерах с неоднородно уширенной линией при длинах резонатора, когда межмодовый

интервал оказывается меньше лоренцовскои ширины линии, приводит к нестабильности спектра частот лазера. Явление конкуренции изучалось с помошыо интерферометра ФабриПеро и скоростного спектрографа СФК-1 при непрерывной развергке спектра генерации Aril лазера 488 нм во времени. Скоростная развертка обеспечивалась в двух взаимно перпендикулярных направлениях протяжкой пленки и вращающимся зеркалом. В результате скорость развертки была доведена до 1000 м/с, что при ширине входной щели 0,06 мм давало разрешение 6-Ю'8 сек [23]. При токах, немного превышающих пороговый, наблюдалась стабильная во времени генерация на одной частоте. С повышением тока начиналась генерация на двух частотах, разделенных промежутком 450-600 Мш, который примерно соответствует лоренцовскои ширине линии. При достижении некоторого критического значения тока возникала нестабильная во времени генерация на многих модах, вызванная конкуренцией аксиальных мод в условиях, когда ширина провалов, определяемая лоренцовскои шириной линии, превышает межмодовый интервал c/2L между соседними частотами резонатора. Средняя продолжительность генерации на отдельном типе колебаний составляла (1,5-4)-10"6 с в зависимости от параметров резонатора. В He-Ne лазере ширина провапов примерно в 5 раз меньше, чем в аргоновом, нестабильная генерация 632,8 нм наблюдалась только при больших длинах резонатора. Флуктуации спектра частот генерации могут существенно ухудшать частотные характеристики излучения газовых лазеров и являться дополнительным источником шумов. Одночастотные лазеры свободны от этого недостатка.

Конкуренция типов колебаний облегчает создание одночастотных аргоновых лазеров. Так, в [31, 33] исследовалась возможность получения одночастотной генерации на Aril лазере длиной более 2 м с кварцевым каналом диаметром 8 мм с трехзеркальным отражателем Смита. Проанализировано влияние коэффициента отражения разделительного зеркала трёхзеркального отражателя на качество селекции и на потери, вносимые в резонатор. Показано, что при степени насыщения X = 3-5 (X - отношение ненасыщенного усиления в центре линии к потерям в резонаторе за проход), легко достижимой в Aril лазере, одночастотная мощность может составлять 0,6 - 0,7 от многочастотной. Наилучшая селекция на данном лазере достигнута при значении коэффициента отражения разделительного зеркала 0,75, обеспечившем устойчивый одночастотный режим вплоть до величины разрядного тока 100 А, при котором одночастотная выходная мощность составляла 2 Вт, рекордная па время выполнения данной работы.

При работе с лазерами часто приходится выполнять абашогп..,.. измерения мощности. Хотя для этой цели предназначены специалын,1.: приемники (например. ИМО-2), целесообразно иметь простейший приемннг. для быстрой оценки абсолютной величины мощности лазера. В ¡25] показано, что таким приемником может служить стандартный фотоэкспонометр. Приводятся калибровочные кривые фотоэкспонометра для измерений мощности непрерывных He-Ne лазера (632,8 нм) и Aril лазера (488 нм) в диапазоне мощностей от 0,01 до 100 мВт с точностью 40'!>, описан процесс измерений. Для других длин волн видимого спектра необходимо учитывать приведенную в [25] кривую спектральной чувствн тельпости фотоэкспонометра.

Важнейшие свойства активной среды лазеров - коэффициент усиления и достижимая мощность генерации - определяются заселенностями рабочих уровней соответствующих переходов. Метод измерения заселенностей в [28] был основан на одновременном измерении коэффициентов усиления активной среды лазера и интенсивностей спонтанного излучения разряда на той же линии, измеряемых в боковом направлении через стенку трубки. Использовались только относительные интенсивности линий, которые обычно измеряются достаточно точно. Взаимное влияние генерирующих линий исключалось тем, что измерения проводились в дисперсионном резонаторе. Исследовалось также влияние включения генерации на интенсивность спонтанного излучения той же линии, что позволило оценить полные вероятности распада верхних уровней для ряда линий. В результате работы получены функции заселенностей верхних и нижних уровней восьми основных линий генерации Aril лазера в зависимости от тока в области плотностей тока от 200 до 300 А/см2, а также вероятности распада и скорости накачки верхнего уровня для линии 488 нм.

В работе [67], в отличие от [28], все измерения проводились в направлении оси разряда, поскольку использование две спектральные линии с общим верхним уровнем - генерирующая линия 488 нм и спонтанная линия 422,8 нм. Излучение линии 422,8 нм выделялось дифракционным монохроматором. Исследования, проведенные при различных давлениях и токах разряда, но при сохранении постоянной мощности генерации 488 нм, показази, что время жизни верхнего лазерного уровня зависит в итоге от плотности электронов в разряде и при изменении плотности электронов от очень малой до 10'4 см"3 изменяется в 2,5 раза - с

10 до 4 не. С учетом теоретических значении сечений столкновительных электронных переходов сделан вывод о роли электронных соударений в наблюдаемой зависимости скорости распада уровней от условий разряда.

По результатам измерений заселенностей рабочих уровней в [32] установлено, что причиной насыщения мощности генерации Aril лазера с ростом тока является обеднение верхних рабочих уровней переходов, а не пленение резонансного излучения, которое должно было бы приводить к росту заселенностей нижних рабочих уровней. Эти выводы согласуются с экспериментально найденными временами жизни нижних рабочих уровней в разряде Aril лазера [27], которые оказались близки к радиационным временам жизни.

Исследованию механизмов образования инверсии в Aril лазере посвящена и работа [34], в которой исследован вклад многоступенчатых процессов при накачке верхних рабочих уровней. Измерения заселенностей верхних рабочих уровней проводились в [34] в условиях сохранения постоянным давления в капилляре и, следовательно, электронной температуры разряда и концентрации электронов. Это достигалось соответствующим повышением давления в трубке согласно выполненным заранее оценкам вытеснения газа из капилляра лазера с повышением тока. Результаты измерения заселенностей показали, что накачка верхних уровней происходит как двухступенчатым путем из основного состояния иона, так и трехступенчатым путем с уровней Зс1-конфигурации, причем второй путь обеспечивает 30% накачки, что предполагаюсь ранее в теоретических расчетах.

В первоначальных работах [20, 31, 33, 35], посвященных созданию и исследованию одночастотных лазеров, в качестве селектора частот использовался трёхзеркальный отражатель Смита, позволяющий перестраивать частоту плавно путем перемещения одного из зеркал. Недостатком этого метода, однако, являются значительные вносимые потери, одной из компонент которых является сильный лазерный луч, выходящий из резонатора в боковом направлении (от 45-градусного полупрозрачного зеркала отражателя).

Если нет необходимости плавного управления частотой генерации лазера, более удобным селектором является эталон Фабри-Перо, помещённый внутрь резонатора с небольшим наклоном относительно оси резонатора. Однако наклонный эталон Фабри-Перо вносит свои потери за счет некоторого расширения пучка при многократных отражениях лучей

внутри эталона и неполном их перекрытии. В работах [40, 42] рассчиташ/ потери, вносимые наклонным эталоном Фабри-Перо для моды ТНМод, и рассмотрено влияние нспараллельности его граней на величину потер!.. Экспериментальная проверка выполнена на Аг11 лазере 488 им, резонатор которого имел одно сферическое зеркало И=3 м и плоское, с кларцевым наклонным эталоном толщиной 12 мм. Потери измерялись методом компенсации путем поворота двух плоскопараллельных пластинок, размещенных внутри резонатора. Получено, что клин между плоскостями эталона до 2" фактически не дает дополнительных потерь, а далее потери становятся заметными и возрастают линейно с ростом угла клина. Обнаружено также, что величина вносимых потерь не зависит от того, размещен ли эталон вблизи плоского или вогнутого зеркала резонатора. Возможно, в последнем случае потери, возникающие из-за рассогласования пучков по волновым фронтам, компенсируются большей величиной диаметра пучка.

Более подробные теоретические и экспериментальные исследования, необходимые для создания ионных лазеров с использованием эталона, выполнены в [43, 45]. Расчеты проведены как для случая однородной плоской волны, так и с учётом радиального распределения гауссова пучка резонатора. Получены кривые, связывающие требуемую остроту селекции с коэффициентом ненасыщенного усиления и степенью насыщения активной среды для типичных в случае ионных лазеров величин соотношения между допгшеровской и лоренповской ширинами линий. Количественно проанализирован вопрос о выборе толщины эталона. Показано, что для обеспечения одночастотной генерации в центре линии оптическая толщина эталона не должна превосходить максимально допустимого значения, при котором область дисперсии эталона равна половине ширины области избыточного усиления, определяемой уровнем потерь на рабочей частоте. Эксперименты, проведенные на аргоновом лазере 488 нм с использованием кварцевого эталона с диэлектрическими отражающими покрытиями, дали согласие результатов с теорией.

На основании исследований, проведенных в [46], сформулированы допуски на изготовление селектирующих наклонных эталонов Фабри-Перо. Учтено влияние клиновидности этазона и неравенства коэффициентов отражения нанесенных на ею грани зеркат. Эксперимеитачьные исследования выполнены путем измерения вносимых эталоном потерь. Показано, что кварцевый селектирующий эталон обладает существенным недостатком -чувствительностью настройки к температуре, вследствие чего происходит

смешение частоты генерации ла!сра. Проведенные исследования показали, что термостатнрование эталона позволяет удерживать частоту в пределах около 100 МГц. Дополнительным фактором нестабильности являлись конвекционные потоки надетого воздуха. Единственным способом их устранения представляется вакуумированис всей системы, как это было сделано, например, в [9J при экспериментах с интерферометром Майкель-сона.

В последующих работах, направленных на создание одночастотных аргоновых лазеров, с целью получения плавной перестройки частоты генерации в достаточно широких пределах без внесения значительных потерь, в качестве селектирующего элемента использовалась тонкая металлическая поглощающая пленка, размещенная внутри резонатора вблизи плоского зеркала (метод Ю.В.Троицкого). В таком резонаторе существует только одна стоячая волна, для которой металлическая пленка находится точно в узле. Остальные волны резонатора испытывают потери за счет поглощения в пленке и подавляются. Перестройка по частоте осуществляется плавным изменением положения пленки внутри резонатора.

Обращению волнового фронта при четырехволновом смешении в активной среде одночастотного Aril лазера 488 нм посвящены работы [52, 74]. Предварительные теоретические оценки возможности получения обращения волнового фронта показали, что, несмотря на слабое усиление порядка 10"2см"' [21] и восьмикратное превышение неоднородного ушире-ния линии над однородным (4000 и 500 МГц соответственно), в активной среде Aril лазера на линии 488 нм возможно получение обращенной волны с небольшим коэффициентом отражения 3*10"5. В оценках использовались экспериментальные значения времен жизни уровней перехода [27]. Эксперименты проводились в условиях одночастотной генерации, настроенной на центр линии 488 нм. Генерируемое лазером излучение, выходящее из резонатора через одно из зеркал, после отражения от вогнутого и полупрозрачного плоского зеркал направлялось снова в активную среду лазера под углом 4 мрад к оси резонатора. Длина области взаимодействия определялась углами между пучками и их сечениями и составляла 20 см в [52]. Обращенный сигнал проходил через то же полупрозрачное зеркало и поступал на ФЭУ. В [52] был достигнут коэффициент отражения волны, равный (2 - 5)-10"5, что подтвердило теоретические оценки.

В работе [74] экспериментальная установка обеспечивала большую длину области взаимодействия - 40 см, что позволило исследовать

спектральную зависимость коэффициента отражения и эффект насьииемп'-его с ростом мощности накачки. Максимальное значение коэффициента отражения достигало 2-10"4. Спектральные измерения показали, что ширина контура обращенного сигнала доходит до 1600 МГц, т.е. превышает однородную ширину перехода примерно в 3 раза. С увеличением мощности накачки спектральное распределение уширяется и в его центре образуется неглубокий провал.

Практически во всех исследованиях с лазерами, выполненных рамках данной работы, использовались лазерные пучки основной молы TEMqo (гауссовы пучки). Устойчивость гауссова пучка Aril лазера 488 нм в лабораторных условиях исследована в [26]. Получено удовлетворительное согласие формы и ширины экспериментальных распределений поля с теоретическим для гауссова пучка в полуконфокальном резонаторе. В резонаторе, близком к полуконцентрическому, форма пятна также гауссова, но ширина его на сферическом зеркале оказывается меньше теоретической. Этот факт, а также наличие генерации при расстояниях между зеркалами, превышающих длину полуконцентрического резонатора, свидетельствует о некотором влиянии пространственной неоднородности насыщенного усиления на распределение поля.

Распространению гауссовых пучков и пучков более высокого порядка в свободном пространстве посвящены работы [75, 80, 82]. В них расчетным путем показано, что наименьшей расходимостью обладает гауссов пучок. Световые пучки произвольной конфигурации могут быть разложены на каноническле пучки с определенным числом узловых точек в области диафрагмы, каждый из которых характеризуется своей расходимостью.

Импульсные газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах исследовались в [68, 69, 76, 77]. В таких лазерах генерация происходит на линиях с большой вероятностью переходов, оканчивающихся на метаста-бильных уровнях. Уровни быстро заселяются за счет вынужденных переходов при генерации, после чего генерация прекращается. Исследования

лазера на парах меди на длинах волн 510,5 нм и 578 нм [68] с резонатором длиной 150 см с коэффициентами отражения зеркал 0,98 и 0,04 показали, что в спектре присутствует типичная для лазеров модовая структура. Ввиду большой ширины области генерации (порядка 10 1Тц) в этих исследованиях пришлось использовать два последовательно стоящих интерферометра Фабри-Перо с коэфициентами отражения зеркал 0,92: первый имел толщину 2 см и служил предварительным монохроматором для второго, толщина

которого составляла 15 см. С помощью диафрагмы в фокальной плоскости объектива первого интерферометра выделялась область спектра шириной менее ! ГГц, что при области дисперсии второго интерферометра, равной 1 ГГц, и разрешении 25 МГц позволяло получать в фокальной плоскости объектива второго интерферометра кольца с чёткой модовой структурой.

Численные расчеты формирования модовой структуры, учитывающие время нарастания усиления в начале импульса и плавное уменьшение инверсии после его окончания, подтвердили факт образования модовой структуры. Исследовано влияние крутизны переднего фронта, числа обходов резонатора, величины усиления на проход и насыщения усиления на форму спектра мод. Расчеты показали, что в лазерах с большим усилением всегда должна формироваться модовая структура. Решающими причинами этого являются плавное нарастание усиления в начале импульса и эффект насыщения усиления.

В случае возбуждения газовой среды сильноточным продольным разрядом при диаметрах разрядной трубки порядка нескольких миллиметров и силе тока 103 ампер, что типично для лазеров на самоограниченных переходах, зеемановское расщепление уровней собственным магнитным полем разряда сравнимо с допплеровской шириной спектральных линий газа. Поскольку компоненты зеемановского расщепления имеют различную поляризацию, в разряде возникает значительная анизотропия, приводящая к существенным пространственным и поляризационным особенностям излучения лазера.

Экспериментальные и теоретические исследования суперлюминесценции неона на линии 614,3 нм, возбуждаемого сильноточным разрядом, проведены в [69, 76, 77]. Численные расчеты показали, что поле одномодовой суперлюминесценции с хорошим приближением может быть представлено как когерентная суперпозиция небольшого числа мод открытого резонатора. Вклад мод высшего порядка определяет трансформацию пучка суперлюминесценции при распространении в свободном пространстве. Показано.что наблюдавшиеся экспериментально в случае сильного насыщения качественные изменения в структуре поля обусловлены различным темпом насыщения зеемановских компонент излучения.

3. ТРЁХУРОВНЕВАЯ ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АРГОНОВОГО ИОННОГО ЛАЗЕРА

Основу метода трёхуровневой спектроскопии составляет изучение взаимодействия двух электромагнитных полей с двумя атомными переходами, имеющими общий уровень. Если атом находится в сильном электромагнитном поле, частота которого Од близка к резонансной частоте мтп атомного перехода m - п, происходит непрерывный обмен энергией между атомом и полем, выравнивающий заселенности состояний шипе частотой Раби. Такие осцилляции эквивалентны расщеплению каждого из уровней m и п на два квазиуровня, отстоящих друг от друга на величину, определяемую частотой Раби. Любой переход в атомной системе с участием этих состояний, называемый смежным или пробным, дает п своем спектре две компоненты - компоненты Аутлера - Таунса.

Особый интерес представляет исследование атомных систем, находящихся в движении, например, плазмы, в которой допплеровское ушлрение преобладает над лоренцовским. Монохроматическое излучение возбуждает в такой плазме группы атомов с определенными значениями скоростей "внутри" максвелловского распределения по скоростям, что может приводить к появлению на смежном переходе узких структур, ширина которых может быть меньше не только допплеровской, но и естественной ширины линий.

Очень удачным объектом для изучения взаимодействия электромагнитных полей с атомными переходами является плазма аргонового ионного лазера, комплексные исследования характеристик которого описаны в гл. 1 и 2. Причины исключительности Aril лазера для целей трёхуровневой лазерной спектроскопии состоят в следующем.

* В Aril лазере имеется более 10 генерирующих переходов, многие из которых связаны друг с другом общим верхним или нижним уровнем, и, следовательно, образуют трёхуровневую систему либо V - типа, либо А - типа (рис. 2).

* Все генерирующие переходы лежат в видимой области спектра и удобны для измерений.

* Допплеровское уширение линий в плазме Aril лазера в 8 раз превышает лорешювскос (4000 и 500 МГц соответственно).

* Наиболее интересны с точки зрения трёхуровневом спектроскопии самые мощные линии генерации 488 им и 514,5 нм. Они связаны общим нижним уровнем шириной 480 МГц, ширины верхних уровнен примерно одинаковы и составляют 20 МГц. В качестве сильного монохроматического поля в этой У-схеме можно использовать как одну, так и другую линию. При этом слабое и сильное поля меняются местами и изменяется отношение волновых чисел слабого (пробного) поля и сильного: ки/к=1,05 или к^ /к=0,95. Как показано в [50,60], случай к^/к=0,95 способствует появлению в спектре пробного поля особенно интересных структур.

Физические основы образования структуры на дошшеровски уширенном контуре перехода в присутствии сильного монохроматического поля на

Рис.2. Генерирующие переходы Aril лазера

смежном переходе в общих чертах известны, однако подробный анализ структуры ранее был проведен только в приближении значительного преобладания допплеровского уширения над лоренцовским (допплеровский предел). В наших работах [50, 53, 54, 60, 62. 66] выполнены численные исследования нелинейных трёхуровневых резоиансов при конечных величинах однородной и неоднородной ширин переходов. Объектом исследований служила трёхуровневая система V -типа Aril лазера (переходы

488 им п 514,5 мм, рис.2), однако свойственные ей закономерност:. справедливы и для других трёхуровневых систем. В основу рассмотрели:! положено выделение отдельных групп атомов, скорости которых заключены в узком интервале значений (групповые спектры), и суммирование интепсивностей этих спектров с учётом допнлеровского параметра.

Главным обстоятельством при формировании структуры на доп[перовском контуре линии является то, что расположение, относительная интенсивность и форма компонент Аутлера-Таунса, кроме других факторов, определяются величиной отстройки й)0-штп сильного поля от центра перехода ш - п. Для движущегося атома частота <Оо сильного поля смешается из-за эффекта Допплера в соответствии с проекцией скорости V, этого атома на направление распространения поля на величину ку,. По этой причине различным моноскоростным группам атомов соответствую! разные величины отстройки и, следовательно, разные спектры поглощения (испускания) на пробном переходе.

Контур спектральной линии ансамбля атомов формируется из спектров этих моноскоростных групп атомов, которые для различных скоростей атомов смещены по частоте и имеют разную форму (рис.3). В результате спектр ансамбля атомов на смежном переходе имеет весьма сложную структуру. На вид структуры решающим образом влияют взаимное направление распространения пробного и сильного полей и отношение их волновых чисел к^/к. При км/к<I и одинаково направленных волнах раздвижение по частоте компонент Аутлера-Таунса, вызванное изменением отстройки сильного поля за счет скоростей атомов, для некоторых скоростей компенсируется допплеровским сдвигом частоты на пробном поле. Пример такой компенсации частотных сдвигов компонент и результирующие спектры даны на рис.3.

В верхней части рис.3 приведены один под другим групповые спектры (компоненты Аутлера-Таунса) при разных скоростях атомов. Каждые два соседних спектра отличаются друг от друга на значение скорости ку,=2 (величины ку,, отстройки и ширины переходов нормированы на половину естественной ширины линии, т.е. на 250 МГц). Видно, что компоненты спектра одинаковы и симметрично расположены только при к\',=0 (на рисунке они заштрихованы). С изменением к\, компоненты меняются по

Рис.3. Формирование контура спектральной линии пробного поля с учётом допплеровского уширения линий при к^/к=0,95 [60, 65].

Вверху: спектры пробного поля при рахчичных скоростях атомов. Внизу: дополеровский контур (пунктир) и спектр пробного поля

ширине и смещаются по частоте. Ширина одной из них приближается к естественной ширине линии g - п , второй (узкой) - к ширине запрещенного перехода g - m.

В нижней части рис.3 даны спектры максвелловского ансамбля атомов Wgn. Интегрирование по скоростям соответствует на графике сложению по вертикали моноскоростных спектров, расположенных друг под другом, с учётом максвелловского множителя для каждого из спектров. В случае бесконечно большой допгшеровской ширины максвелловский множитель равен 1 для всех спектров, и в наблюдаемом спектре Wga возникают два резких выброса по обеим сторонам щели в спектре, ширина которой определяется частотой Раби, сформировавшиеся за счет узких компонент Аутлера-Таунса (случай 1 на рис.3). При допплеровском параметре kv=10, соответствующем плазме Aril лазера, выбросы по обеим сторонам щели сглажены в связи с тем, что узкие компоненты, ответственные за выбросы, имеют небольшой вес, а максимальным весом обладает спектр с нулевой проекцией скорости, заштрихованный на рисунке (случай 2 на рис.3).

Изменением отстройки сильного поля от центра перехода можно создать условия, когда максимальным весом будет обладать моноскоростной спектр, для которого узкая компонента находится в условиях точной компенсации сдвигов (отмечен на рис.3 звездочкой). Тогда в наблюдаемом спектре Wgn при соответствующей величине сильного поля образуется высокий узкий пик, отделенный от допплеровского контура линии щелью -"отщеплённый резонанс" (случай 3 на рис.3). Ширина пика в несколько раз меньше естественной ширины разрешенных переходов g - п и m - п .

В сравнительно слабых полях, когда компоненты АутлераТаунса еще не разошлись и перекрываются, в спектре возникает структура в виде провала с шириной, меньшей естественной ширины перехода.

Экспериментальные исследования трёхуровневой системы Aril 488 нм и 514,5 нм проводились в различных вариантах.

В [58] слабый нелинейный резонанс при насыщающем поле 488 нм исследовался в режиме регенеративного усиления спонтанной линии 514,5 нм (случай кц/к=0,95). С учётом измеренной характеристики регенеративного усилителя получена форма контура линии усиления активной среды 514,5 нм. В условиях эксперимента глубина провала в контуре не превышала 1% по отношению к максимальному усилению, или 0,0005 на пробег. После учёта ширины аппаратной функции интерферометра Фабри-Перо, равной 160 МГц, и возможных уходов частоты генерации во время

наблюдении ширина провала оказалась равной 100+30 МГц, что в пять раз меньше естественной ширины линии.

Измерения в [58] оказалось возможным проводить в одной лазерной трубке благодаря тому, что в активной среде аргонового лазера усиление на длине волны 514,5 нм много меньше, чем на длине волны 488 им [19]. При значительной мощности генерации 488 нм путем тонкой регулировки вносимых в резонатор потерь удавалось обеспечивать регенеративный режим усиления 514,5 нм при различном ее отступлении от порога генерации. Резонатор лазера имел дисперсионную систему в виде 4 брюстеровских кварцевых призм и обеспечивал два канала генерации - 488 нм и 514,5 нм, которые настраивались независимо друг от друга.

Та же V-образная трёхуровневая система исследовалась в [47] на экспериментальной установке с двумя лазерными трубками (рис.4) в случае

Рис.4. Схема экспериментальной установки в случае k„/k=l,05 [47, 59]

км/к=1,05. Сильное поле 514,5 нм создавалось в дисперсионном резонаторе, содержащем две лазерные трубки 1 и 2, три кварцевые призмы и наклонный эталон Фабри-Перо в качестве селектора частоты. Слабым зондирующим излучением являлась линия 488 нм генерации лазерной трубки 1 в резонаторе с четырьмя брюстеровскими призмами. Одночастот-. ный зондирующий сигнал 488 нм мог плавно перестраиваться по частоте с помощью селектора Троицкого в пределах 250-300 МГц. Ячейкой

взаимодействия сильного и слабого полей трёхуровневой системы Ari, служила лазерная трубка 1. На контуре мощности слабого поля обнаружены узкие резонансные провалы, двигающиеся по частоте вслед за изменением частоты сильного поля. Экспериментально найденная ширина резонанса составляла 100-110 МГц, что в пределах погрешности эксперимента совпадало с теоретическим значением 95 МГц. Обнаружено, что с увеличением давления в лазере в три раза провал уширяется до 150 МГц.

В [47] не было возможности достичь высоких значений сильного поля 514,5 нм, поскольку эта линия очень чувствительна к потерям в резонаторе [19], которые в данном эксперименте были значительны. Ввиду этого в работах [51, 59, 72, 73] была использована та же V - схема уровней, но в случае кц/к=0,95 (рис. 5). Сильное монохроматическое поле 488 нм создавалось двумя лазерными трубками 1 и 2 в дисперсионном резонаторе с наклонным эталоном Фабри-Перо. Слабым зондирующим сигналом служило лазерное излучение 514,5 нм в дисперсионном резонаторе с селектором Троицкого. Согласованным перемещением селектирующей пленки и зеркала резонатора обеспечивалась плавная перестройка частоты генерации

Рис.5. Схема экспериментальной установки в случае к^/к=0,95 [51, 59, 60. 71-731

зондирующего сигнала в пределах 1500 МГц.

Следует отметить, что форма и ширина резонансов. полученных примерно в одинаковых условиях при к(1/к=0.95 и км/к=1,05 в работе [59], существенно разная (рис.6), что хорошо согласуется с результатами численных расчетов [50. 60].

Рис.6. Провал в контуре линии пробного поля при наличии сильною монохроматического поля на смежном переходе [59]: а). к^/к=0,95, б). к[а/к=1,05

На рис.7 показана осциллограмма отщепленного резонанса, наблюдавшегося в [60] для случая кй/к=0,95, полученная при отстройке сильного поля от центра линии, равной 1500 МГц. Условия эксперимента в данном случае не были оптимальными для наблюдения наиболее узкого отщеплённого резонанса [60],тем не менее видно, что ширина его на половине высоты меньше естественной ширины перехода и он отделен от основной части допплеровского контура провалом шириной 250 МГц.

Рнс.7. Отшепленный резонанс в контуре линии пробного поля 514,5 им, к(1/к=0,95 [60]

Bo всех описанных выше экспериментах с трёхуровневой системой Aril сильное поле, хотя и формировалось в резонаторе, т.е. представляло собой стоячую волну, не настраивалось точно в центр перехода. Это означало, что при анализе наблюдаемой структуры можно было пользоваться приближением бегущей волны. В работах [71 - 7 3] эксперименты проведены при настройке сильного поля 488 нм точно гю центру перехода, т.е. в условиях стоячей волны. При значительной мощности сильного поля в центре смежного перехода 514,5 нм наблюдалось возникновение узкого изолированного пика с раздвоенной вершиной. На рис.8 показана эволюция формы центральной часта линии смежного перехода 514,5 нм при нарастании плотности мощности сильного поля в ячейке взаимодействия от нуля до 360 Вт/см2. Расстояние между максимумами вершины с ростом мощности почти не меняется, сохраняясь равным 200 - 250 МГц. Ширина пика по его основанию, т.е. на уровне потерь в резонаторе пробного поля, также не меняется, оставаясь равной 400 МГц.

Численные расчеты спектров пробного поля проведены с использованием работы Feldman B.J., Feld M.S. Phys.Rev., A, 1972, v.5. N2, p.899, где получено общее выражение для коэффициента усиления на пробном переходе в случае бегущей волны пробного поля и стоячей волны накачки. Рассчитанные спектры пробного поля максвелловского ансамбля атомов, нормированные на значение усиления к в центре допплеровски уширенной линии пробного поля в отсутствие накачки, приведены на рис.9. Для удобства сравнения с экспериментом на этом рисунке горизонтальной линией отмечен уровень потерь в резонаторе пробного поля в условиях эксперимента, а по оси ординат отложено превышение усиления над потерями в резонаторе. Изменения спектров на рис.9 с ростом мощности хорошо согласуются с наблюдаемыми (рис.8).

Как показали расчеты и эксперимент, симметрия пика зависит от точности настройки сильного поля на центр перехода. Уже при небольшой отстройке, значительно меньшей однородной ширины линии, происходит деформация пика - вершина его со стороны отстройки уменьшается, другая растет. Это свойство пика может служить для стабилизации частоты по центру перехода.

Рис.8. Эволюция центральной части линии пробного поля при нарастании мощности сильного поля в ячейке взаимодействия от нуля до 360 Вт/см2, к,,/к=0,95 [7||

Рис.9. Рассчитанные спектры пробного поля в условиях, близких к экспериментальным

(рис.8), к^ /к =0,95 [71]

Методы нелинейной лазерной спектроскопии с использованием трёхуровневых систем позволяют исследовать структуру уровней, скрытую обычно допплеровским и естественным уши рением [59]. При наложении на ячейку взаимодействия продольного магнитного поля от центрального резонанса отделяются два дополнительных слабых провала (рис.10). С ростом магнитного поля эти слабые провалы удаляются от центрального провала со скоростью 2 ЛУ] = 6,8 МГц/Э. Одновременно становится заметным растепление основного резонанса, величина которого растёт как 2 Ду2=0,8 МГц/Э. Теоретические расчеты величины расщепления и формы резонанса, выполненные с учётом магнитного расщепления уровней данной трёхуровневой системы, их множителей Ланде и формы нерасщепленного резонанса, дачи результаты (рис. 10,г), находящиеся в хорошем согласии с экспериментом.

Рис. 10. Расщепление нелинейного резонанса в магнитном поле: а - Н = 0, б - Н = 85 Э, в - Н = 650 Э, г - расчетная форма компонент [59]

Нелинейный трёхуровневый резонанс благ одаря своей незначительной ширине является хорошим средством для изучения процессов, приводящих к уширению спектральных линий. Например, с его помощью можно существенно увеличить точность и чувствительность измерений плотности электронов в плазме разряда по штарковскому уширению линий. Экспериментальные исследования показали [55, 56, 59, 63], что с ростом концентрации электронов в плазме уширение резонанса составляет 30 МГц / 1014 см 3 в случае кц/к=0,95 и 45 МГц / 1014 см'3 при кц/к=1,05. При точности измерений ширины резонанса ±5 МГц это обеспечивает чувствительность измерений плотности электронов в аргоновой плазме 2-1013 см 3.

4. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ И ОБОБЩЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ОПТИКИ И СПЕКТРОСКОПИИ В КНИГЕ "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОПТИКА"

Развитие оптики за последние десятилетия, особенно инициируемое появлением и широким применением лазеров, поставило новые задачи перед специалистами. Многие классические методы экспериментальной оптики с появлением лазеров существенно трансформировались. Развитие лазерной физики и техники выявило новые требования к оптическим элементам и показало новые возможности оптических методов. Так, типичными в оптике стали зеркала с коэффициентом отражения 99,5% и с потерями менее 0,5%. Возник термин "френелевские потери", характеризующий потери излучения при прохождении через непоглошаюшую диэлектрическую пластинку. Обычными стали брюстеровские окна, используемые в лазерах с небольшим усилением. Наряду с семейством призм, носящих имена известных ученых, появилась новая призма - брюстеровская, используемая внутри лазерных резонаторов и почти не вносящая потерь.

Важнейшее значение в экспериментальной оптике приобрели понятия однородной и неоднородной ширин спектральных линий, поскольку их величины определяют спектр лазерной генерации (одночастотный или многочастотный) и достижимую мощность генерации. Необычайно большое значение в лазерной физике и технике получили свойства интерферометра Фабри-Перо, характеристики которого определяют свойства лазерных резонаторов. Эталон Фабри-Перо небольшой толщины внутри резонатора лазера, немного наклоненный по отношению к оси резонатора, широко используется в качестве селективного фильтра для получения одночастотной генерации лазеров. Одним из самых больших достижений в экспериментальной оптике и спектроскопии, обязанных появлению и развитию лазеров, является нелинейная лазерная спектроскопия. При этом стали доступны эксперименты с разрешением по частоте, ограничиваемым лишь шириной генерируемой лазером линии, которая может составлять доли герца, и достижимой в эксперименте стабильностью установки.

Из этого краткого упоминания ряда новых проблем и направлений в оптике очевидно, что нужны новые подходы к обучению специалистов-оптиков широкого профиля и к распространению оптических знаний среди

широкого круга научных и технических специалисток, использующих оптические методы в своей работе. Необходимость в совершенствовании оптического образования ощущается во всех развитых странах. Обмену опытом обучения оптике способствуют международные конференции по оптическому образованию (1988 г. - США, Сан-Диего, Калифорния; 1991 г. - Россия, Санкт-Петербург; 1995 г. - США, Сан-Диего, Калифорния).

Научный опыт автора, отраженный в данной диссертации и в цитированных публикациях, и учебный опыт, приобретенный за время лекционной и преподавательской деятельности на кафедре оггтики и спектроскопии физического факультета Московского университета, позволили обобщить и систематизировать достижения, особенности и тенденции современной экспериментальной оптики и с учётом собственных научных достижений создать монографию "Экспериментапьная оптика" [83], которой решением Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию присвоен гриф "учебник".

Учебник "Экспериментальная оптика" отвечает современному уровню оптики и спектроскопии и нацелен на формирование специалистов-оптиков, способных творчески работать в различных направлениях современной физики и техники. В нем изложены фундаментазьные принципы и физические основы оптики, базирующиеся на знаниях, полученных студентами в рамках общего курса физики. Особое внимание уделено разделам физической оптики, имеющим непосредственную связь с применением оптических методов в экспериментальных исследованиях. Рассматриваются научные основы современной экспериментальной оптики, обсуждается ее место в научно-техническом прогрессе. Учебник охватывает направления экспериментальной оптики, характеризующие ее спектроскопические применения, и содержит последовательное изложение фундаментальных физических свойств оптических материалов, источников и приемников оптического излучения и методов фильтрации излучения, основных свойств и характеристик спектральных приборов, лазеров и методов лазерной спектроскопии. Описаны способы получения, измерения, фильтрации оптического излучения во всем оптическом диапазоне спектра - от крайнего ультрафиолета до далекой инфракрасной области спектра. Обсуждаются принципиальные и практические ограничения в получении максимальных величин мощности излучения и в выделении предельно малых спектральных интервалов.

В книге использована оптимальная последовательность изложения материала и логическая связь глав, подтверждаемая многолетним лекционным опытом и опытом использования двух предшествующих

изданий [44, 65]. что позволило обеспечить большую информационную емкость книги при ограниченном ее обьеме (23 печ.л.).

Опыт научно-исследовательской работы в области современных разделов оптики и спектроскопии позволил автору излагать фундаментальные основы экспериментальной оптики, пользуясь материачами собственных научных работ и примерами из своих исследований и исследований, проводимых на кафедре оптики и спектроскопии МГУ. При изложении свойств тонких металлических пленок использована работа [15]. Обращено особое внимание на то, что в научной литературе по данному вопросу встречаются заблуждения, приводящие к ошибочному выводу об "аномально" высоком отражении металлических пленок при толщинах, значительно меньших толщины скин-слоя. В книге даны теоретические и экспериментальные пояснения этого кажущегося парадокса. Диэлектрические просветляющие и зеркальные покрытия излагаются автором с учётом собственного экспериментатьного опыта, полученного при работе с газоразрядными лазерами, а также на основании опыта работы лаборатории диэлектрических покрытий кафедры оптики и спектроскопии МГУ.

При изложении главы по газоразрядным источникам света автор пользуется результатами собственных научно-исследовательских работ по спектроскопии газоразрядной плазмы [1-5, 1 1, 27-29, 37-39] и материачом раздела "Спектроскопическая диагностика плазмы" [41] в учебном пособии "Практикум по спектроскопии". В главе "Интерференционные спектральные приборы" широко отражён опыт практической работы автора со сканирующим интерферометром Фабри-Перо [37 - 39] и с эталоном Фабри-Перо, применяемым для селекции частоты в лазерах [40, 42, 43, 45, 46].

Особенно широко собственные научные исследования автора использованы в главах "Лазеры" и "Лазерная спектроскопия".

При изложении материала главы "Лазеры" автор основывался на опыте своих экспериментальных работ с лазерами и результатами, приведёнными в своих публикациях по лазерам [12, 16-28, 30-36, 42, 43, 45, 46]. С учётом собственных экспериментальных работ изложены характерные особенности излучения усиливающей среды, эффект насыщения усиления, приводятся иллюстрации из работ автора. Обсуждается роль оптического резонатора в формировании спектрального состава и пространственной структуры излучения лазера. Анализируется роль допплеровского и лорен-цовского ушнрений спектральных линий и их влияние на спектр лазерной генерации.

В главе "Лазерная спектроскопия" непосредственно использованы материалы работ автора [71, 73], в которых экспериментально н расчетным путем показано, что методом нелинейной трёхуровневой лазерной спектроскопии с Aril лазером в условиях превалирующего допплсровского уширения линий (4000 МГц) возможно наблюдение спектрапьных структур, в 5-10 раз более узких, чем естественная ширина линий Аг, составляющая 500 МГц. Приведены иллюстрации, поясняющие физическую природу и характерный вид получаемых этим методом узких нелинейных резонансов.

Монография "Экспериментальная оптика" рекомендована Госкомитетом Российской Федерации по высшему образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности и направлению "Физика". Научный уровень и содержание учебника позволяют рекомендовать его также широкому кругу сотрудников научных учреждений и производственных предприятий, работающих в смежных областях и нуждающихся в расширении и углублении знаний по оптическому эксперименту. Учебник уже получил широкое распространение и имеется в библиотеках многих университетов, вузов и научно-исследовательских учреждений России, стран СНГ и ближнего зарубежья.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе традиционных некогерентных методов проведены исследования объектов классической оптики:

* Изучена динамика свечения спектральных линий водорода, бария, стронция, меди в разряде дуги переменного тока и динамика температуры разряда; для линий бария измерены абсолютные значения вероятностей переходов, относящиеся к числу фундаментальных величин.

* Исследованы оптические свойства тонкопленочных элементов, находящих широкое применение в когерентной и некогерентпой оптике. Показаны особенности характеристик отражения и пропускания металлических плёнок малой толщины (металлическая пленка с толщиной много меньше толщины скин-слоя является хорошо отражающей и мало прозрачной, что в рялс случаев приписывалось к числу аномальных эффектов).

* Путём измерения ширины спектральных линий Aril, излучаемых полым катодом при предельно малых давлениях и малых плотностях тока, найдены времена жизни уровней Aril 4s2 Р]/2 оказавшиеся равными 3-Ю'10 с, что в 5 раз меньше существовавших ранее теоретических значений. Полученные результаты внесли ясность в механизм генерации Aril лазера.

2. Разработаны новые методы экспериментальной оптики, позволившие провести исследования газоразрядных лазеров: гелий-неонового, ионного аргонового и лазеров на самоограниченных переходах Си и Ne, в результате которых получены следующие новые результаты:

* Получен коэффициент регенеративного усиления в He-Ne активной среде на длине волны 632,8 нм, достигающий 1000, при усилении на один пробег, не превышающем 2%. Показано существенное различие симметричного и согласованного режимов усилителя. С системой автополстройки частоты в простых лабораторных условиях достигнута кратковременная относительная стабильность частоты системы "генератор-усилитель", равная К)10.

* Измерены характеристики насыщения основных линий генерации Aril лазера, показавшие, что на зеленой линии 514,5 им Aril лазера при низких потерях в резонаторе возможно получение

мощности, сравнимой с мощностью синей линии 488 им. В одночастотном режиме на линии 488 нм достигнута рекордная на время выполнения данной работы мощность непрерывной генерации 2 Вт.

* Получена генерация на большом числе линий Aril в непрерывном режиме (II линий), изучена динамика развития их генерации. Показано, что генерация непрерывного Aril лазера представляет собой хаотическую картину вспышек на отдельных продольных модах, конкурирующих между собой, с преимущественным расстоянием между ними, равным однородной ширине линий, и характерной длительностью каждой вспышки порядка 10"6с. Это явление характерно и для He-Ne лазера при большой длине резонатора.

* В активной среде одночастотного Aril лазера непрерывного действия получено обращение волнового фронта с коэффициентом отражения 2-10"9 при ширине спектрального распределения отраженного сигнала, составляющей 1600 МГц.

* Установлено экспериментально и теоретически, что в импульсных суперлюминесцентных лазерах на парах меди формируется типичная контрастная спектральная структура продольных мод.

3. Развитые экспериментальные методы исследований применены для изучения нелинейных взаимодействий в плазме Aril лазера методом трёхуровневой лазерной спектроскопии. Экспериментально и расчетным путем показаны новые возможности спектроскопии высокою разрешения, обеспечивающие в условиях превалирующего допплеровского уширения линий Aril (4000 МГц) получение и исследование нелинейных спектральных структур, на порядок более узких, чем естественная ширина используемых спектральных линий (50 МГц и 500 МГц соответственно). Экспериментально и расчетным путем получены и изучены нелинейные структуры:

* Узкий провал в центральной части допплеровски уширенной линии пробного перехода при настройке сильного поля вблизи центра перехода.

* Узкий пик на крыле допплеровски уширенной линии пробного перехода при значительной отстройке сильного поля от центра перехода ("отщеплённый резонанс").

* Узкий пик. с еще более узким провалом на вершине в центре допплеровски уширенной линии пробного перехода при точной настройке сильного поля на центр перехода.

4. Создана монография "Экспериментальная оптика" (Изд-во Моск. ун-та, 1994 г.), обобщающая и систематизирующая выполненные автором исследования и отражающая современное состояние науки. В монографии использованы многолетний научный и педагогический опыт автора и опыт применения в учебном процессе двух предшествующих изданий книга автора по той же тематике. Государственным комитетом Российской Федерации по высшему образованию монографии присвоен гриф "учебник" для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности и направлению "Физика". Учебник отвечает задачам подготовки специалистоб в области оптики на современном уровне. Он успешно используется во многих университетах и научно-исследовательских учреждениях России, стран СНГ и ближнего зарубежья.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Михачевский В.Д.. Прокофьева (Лебедева) В.В. Исследование температуры металлической дуги по молекулярному спектру гидроксила//ЖЭТФ, 1950. Т.20, №7. С.584.

2 Михалевский В.Д., Прокофьева (Лебедева) В.В. Исследование температуры металлической дуга по молекулярному спектру гидроксила // Материалы 7 Всесоюзного совещания по спектроскопии. Свердловск. 1950. Изв. АН СССР, сер.физ. 1950. Т. 14, № 6. С.738.

3 Лебедева В.В., Фабрикант В.А. Соотношение интенсивностей в видимом триплете ртути // Изв. АН СССР, сер.физ. 1955. Т. 19, № 1. СЛ.

4 Лебедева В.В., Миловидова P.A. Исследование спектра свечения дуги переменного тока во времени // Опт. и спектр. 1957. Т.2, № 2. С. 150.

5 Лебедева В.В. Определение абсолютных вероятностей переходов линий Ва I в дуге постоянного тока // Материалы 13 Всесоюзного совещания по спектроскопии. Ленинград. 1960. Физические проблемы спектроскопии. 1962. T.l. С.43.

6 Лебедев И.В., Лебедева В.В. Обобщение режимов усилителей СВЧ с отрицательной электронной проводимостью и квантовых усилителей оптического диапазона. Тезисы докл. научно-техн. конфер. МЭИ. М.: Изд-во МЭИ. 1962. С.49.

7 Лебедева В.В., Лебедев ИВ. Режимы проходных усилителей с отрицательной проводимостью СВЧ и оптического диапазонов // Радиотехника и электроника. 1963. Т.8, № 2. С.221.

8 Лебедева В.В., Лебедев И.В. Свойства проходных квантовых усилителей // Опт. и спектр. 1963. Т.15, № 3. С. 413.

9. Лебедева В.В., Камынин Ю.А. О повышении чувствительности измерений малых плотностей газа методом двухлучевой интерферометрии // Опт.-мех. пром. 1963. № 7. С.13.

10 Лебедева В.В., Новик В.К. Излучательная способность некоторых технических сплавов в инфракрасной области спектра // Изв. АН СССР. Метаплургня и горное дело. 1964. № 4. С. 143.

1 I Лебедева В.В., Романов Н.П. Определение концентрации электронов в угольной дуге переменного тока // Вестн.Моск.ун-та. Сер.З. Физика. Астрономия. 1965. № 3. С.55.

12. Акимов А.И., Лебедева В.В. Оптические квантовые генераторы и их применения // Спектральный анализ металлов и сплавов. М.: 011ТИ. 1965. С. 17.

13 Лебедева В.В., Лебедев И.В.-, Одинцов А.И. Влияние рассогласования нагрузки на работу оптического квантового генератора // Изв.вузов. Радиотехника. 1965. Т.8, № 6. С.632.

14 Лебедев И.В., Лебедева В.В. Регенеративный оптический квантовый усилитель на смеси гелия и неона. Тезисы докл. научно-техн. конфер. МЭИ. М.: Изд-во МЭИ. 1965. С.19.

15 Лебедева В.В., Лебедев И.В. Об отражательной и поглощательной способности металлических слоев // Опт. и спектр. 1965. Т. 18, № 1. С.115.

16 Лебедева В.В., Одинцов А.И., Лебедев И.В., Андрняхин В.М. Регенеративный оптический квантовый усилитель на смеси гелия и неона // Опт. и спектр. 1966. Т.20, № 3. С.501.

17 Лебедева В.В., Лебедев И.В., Одинцов А.И. Измерение насыщения коэффициента усиления в лазерах И Опт. и спектр. 1967. Т.23, № 2. С.294.

18. Одинцов А.И., Лебедева В.В., Куратов Ю.В. Насыщение усиления в аргоновом лазере непрерывного действия // Журн.прикл.спектр. 1967. Т.6, № 5. С.598.

19 Лебедева В.В., Одинцов А.И., Сауткин В.А. Насыщение усиления линий 4880, 4765 и 5145 А в ионном аргоновом ОКГ // Журн.прикл.спектр. 1967. Т.7, № 5. С.754.

20. Одинцов А.И., Лебедева В.В., Абросимов Г.В. Насыщение усиления в одночастотном аргоновом лазере // Радиотехн. и электр. 1968. Т. 13, № 4. С. 746.

21 Лебедева В.В., Одинцов А.И., Сатимов В.М. Исследование условий возбуждения линий генерации в ионном аргоновом лазере // Радиотехн. и электр. 1968. Т. 13, № 4. С.751.

22. Андрияхин В.М., Басиев А.Г., Лебедева В.В., Одинцов А.И. Регенеративный оптический квантовый усилитель мощности // Радиотехн. и электр. 1968. Т. 13, № 4. С.743.

23 Лебедева В.В., Одинцов А.И., Салимов В.М. Флуктуации частотного состава излучения аргонового OKI"// Журн.техн.фнз. 1968. Т.38, № 8. С. 1373.

24. Андрияхин В.М., Басиев А.Г., Лебедева В.В., Одинцов А.И. Автоматическая подстройка частоты оптического квантового генератора и регенеративного усилителя // ПТЭ. 1968. № 4. С. 188.

25 Лебедева В.В., Одинцов А.И. Использование фотоэкспонометра для измерений мощности оптических квантовых генераторов // ПТЭ. 1968. № 3. С. 170.

26 Лебедева В.В., Одинцов А.И., Келов К. Об устойчивости гауссовского пучка в неоднородно усиливающей среде // Опт. и спектр. 1968. Т.25, № 3. С.436.

27. Королев Ф.А., Лебедева В.В., Одинцов А.И., Салимов В.М. Экспериментальное определение времен жизни нижних рабочих уровней аргонового лазера // Радиотехн. и электр. 1969. Т. 14, № 8. С. 1519.

28. Королев Ф.А., Одинцов А.И., Лебедева В.В., Петкова С.С., Маштаков Д.М. Заселённости рабочих уровней в аргоновом лазере // Журн.прикл.спектр. 1969. Т.11, № 2. С.351.

29 Лебедева В.В., Романов Н.П. О свечении линий водорода в угольной дуге. Прикладная спектроскопия. Материалы 16 совещания по спектроскопии. М.: Наука. 1969. Т.1. С. 142.

30 Лебедева В.В., Одинцов А.И., Шафрановская И.В. Влияние пространственной неоднородности поля лазера на насыщение усиления // Журн.техн.физ. 1969. Т.29, № 5. С.879.

31. Belyaiev V.P., Burmakin V.A., Evtynin A.N., Korolyev F.A., Lebedeva V.V., Odintzov A.l. High power single frequency ion Ar laser // IEEE J.Quant. El. 1969. V.5, № 12. P.589.

32 Лебедева В.В., Маштаков Д.М., Одинцов А.И. О насыщении инверсии в ионном аргоновом ОКГ с ростом плотности тока // Журн. прикл.спектр. 1970. Т. 12, № 5. С.934.

33. Беляев В.П., Бурмакин В.А., Евтюнин А.Н.. Королев Ф.А., Лебедева В.В., Одинцов А.И. Одночастотный ионный аргоновый ОКГ большой мощности II Журн.прикл.спектр. 1970. Т.13. № 2. С.223.

34 Лебедева В.В., Маштаков Д.М., Одинцов А.И. О роли многоступенчатого возбуждения рабочих уровней в аргоновом лазере // Опт. и спектр. 1970. Т.28, № 2. С.350.

35. Курмакин В.А., Королев Ф.А., Одинцов А.И., Лебедева В.В., Салимов В.М., Синица Л.Н. Об одной возможности абсолютной стабилизации частоты аргонового ионного ОКГ с магнитным полем // Радиотехн. и электр. 1971. Т. 16, № 7. С. 1292.

36. Георгиева Й.Н., Лебедева В.В., Одинцов А.И. О влиянии магнитною поля на насыщение усиления в аргоновом лазере непрерывного действия // Журн.прикл.спектр. 1971. T.I5, № 6. С.1094.

37. Королев Ф.А., Лебедева В.В., Одинцов А.И. Экспериментальное определение времен жизни резонансных уровней ионов аргона и криптона. // Материалы 17 Всесоюзного съезда по спектроскопии. Атомная спектроскопия. Тезисы докл. Минск.: Изд-во АН СССР. 1971. С.46.

38. Королев Ф.А., Лебедева В.В., Новик А.Е., Одинцов А.И. Экспериментальное определение радиационных времен жизни резонансных уровней ионов аргона и криптона // Опт. и спектр. 1972. Т.ЗЗ, № 4. С. 788.

39 Лебедева В.В., Алексеева Ж.М., Гюндель Т.В., Панина Л.Н. Исследование формы спектральных линий иона аргона, возбуждаемых в полом катоде // Журн.прикл.спектр. 1973. Т. 19. № 2. С.229.

40. Королев Ф.А., Короленко П.В., Гринь Л.Е., Лебедева В.В.. Одинцов А.И., Саркаров Н.Э. Лазер с наклонным эталоном Фабри-Перо, помещенным внутри резонатора. Тезисы 2 регионального семинара "Газовые лазеры на парах химических элементов". Ростов-на-Дону. 1973. С.П.

41 Лебедева В.В. Спектроскопическая диагностика плазмы / Практикум по спектроскопии / Под ред. Л.В.Левшина. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1976. С.228.

42. Королев Ф.А., Короленко П.В., Гринь Л.Е., Лебедева В.В., Одинцов А.И., Саркаров Н.Э. Потери резонатора ОКГ с наклонным эталоном Фабри-Перо в качестве селектора частоты // Журн. прикл.спектр. 1976. Т.25, № 6. С.990.

43. Королев Ф.А., Афонников H.A., Лебедева В.В., Новик А.Е., Одинцов А.И. Наклонный эталон Фабри-Перо в качестве селектора частоты ионных ОКГ. Тезисы докл. 1 Всесоюзной конференции "Оптика лазеров". Л-д. 1977. С.378.

44 Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1977. 385 с.

45. Королей Ф.А., Афонников H.A., Гринь Л.Е.. Лебедева В.В., Одимцов А.И. Селекция частоты ионных лазеров с помошыо наклонного эталона Фабри-Перо // Опт. и спектр. 1978. Т.44, № 6. С. 1143.

46. Афонников H.A., Гринь Л.Ii., Калкутина Е.И., Лебедева В.В., Новик А.Е. Технические допуски на изготовление селектирующих наклонных эталонов Фабри-Перо П ПТЭ. 1978. № 3. С. 192.

47 Лебедева В.В., Гринь Л.Е., Одинцов А.И., Белозерцева Л.Б. Наблюдение узкого резонанса внутри естественной ширины линии на связанных переходах аргонового лазера. Тезисы докл. 9 Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике. 4.1. Л-д. 1978. С.52.

48. Аллсапу М.-Л.Ю., Ефанова Е.П., Лебедева А.И., Лебедева В.В., Михайлин В.В., Педак Э.Ю., Плачев A.A. О природе полос люминесценции в кристаллофосфорах на основе BaS. Тезисы докл. 25 Совещания по люминесценции (кристаллофосфоры). Львов. 1978. С. 137.

49. Аллсалу М.-Л.Ю. Ефанова Е.П., Лебедева А.И., Лебедева В.В., Михайлин В.В., Педак Э.Ю., Плачев A.A. О голубой люминесценции сульфида бария // Журн.прикл.спектр. 1979. Т.31, № 5. С.915.

50. Быкова О.Г., Быкова Н.Г., Лебедева В.В., Петухов A.B., Преображенский Н.Г. Свойства нелинейных резонансов на связанных допплеровски уширенных переходах. 1. Формирование структуры нелинейного резонанса на допгшеровском контуре. Препринт ИТПМ СО АН СССР. 1981. № 40-81. 38 с.

51. Главатских H.A., Гринь Л.Е., Лебедева В.В., Одинцов А.И. Магнитное расщепление нелинейного резонанса в трёхуровневой системе Ar II // Вестн. Моск. ун-та. Сер 3. Физика. Астрономия. 1982. Т.23, № 3. С.38.

52. Быкова Н.Г"., Лебедева В.В., Одинцов А.И. Обращение волнового фронта при четырехволновом смещении в усиливающей среде Ar II лазера // Опт. и спектр. 1982. Т.52, № 6. С. 1065.

53. Быкова О.Г., Лебедева В.В., Быкова Н.Г., Петухов A.B. Свойства нелинейных трёхуровневых резонансов при произвольных соотношениях однородной и неоднородной ширин переходов // Опт. и спектр. 1982. Т.53, № 1. С. 171.

54. Быкова О.Г.Лебедева В.В. Трёхуровневые нелинейные резонансы на крыльях допплеровски уширенных атомных переходов. X-th Jubile National Conference on Atomic Spectroscopy. Тезисы. Болгария. 1982. С. 149.

55. Lebedeva V.V., Odintsov A.I. The plasma diagnostics with the use of inc broadening of nonlinear resonances on three-level spectroscopy. Six European Sectional Conference on the Atomic and Molecular Physics of Ionised Gases. Sept. 13. 1982. Oxford. United Kingdom. V. 6D. P.71.

56 Лебедева В.В., Одинцов А.И.. Главатских Н.А., Гринь Л;Е. Штаркся скос уширение узких трёхуровневых резонансов на связанных переходах Аг И. Тезисы 19 Всесоюзного съезда по спектроскопии. 4.1. Томск. 1983. С.161.

57 Лебедева В.В., Соколовский Р.И., Агешин С.Ф. Принципы управления параметрами нелинейных резонансов в спектре допплеровск.и уширенной линии в сильном световом поле. Тезисы 19 Всесоюзного съезда по спектроскопии. 4.1. Томск. 1983. С.99.

58. Зарослова О.С., Карталева С.С., Лебедева В.В., Одинцов А.И. Исследование слабых нелинейных резонансов в трёхуровневой системе Ar II // Журн. прикл. спектр. 1983. Т.38, № 3. С.485.

59 Лебедева В.В., Одинцов А.И., Главатских Н.А., Гринь Л.Е., Шульга А.Г. Исследование штарковского уширения нелинейных трёхуровневых резонансов на связанных переходах Ar II // Журн.прикл. спектр. 1984. Т.41, № 3. С.385.

60. Быкова Н.Г., Быкова О.Г., Лебедева В.В., Агешин С.Ф., Преображенский Н.Г. Свойства нелинейных резонансов на связанных доппле-ровски уширенных переходах. 2. Отщеплённый резонанс и его свойства. Препринт ИТПМ СО АН СССР. Новосибирск. 1984. № 2684. 25 с.

61 Лебедева В.В., Соколовский Р.И., Пандо К., Солоха А.Ф. Частотные корреляции в спонтанном излучении, инициируемые световым полем // Опт. и спектр. 1984. Т. 57, № 5. С. 949.

62. Быкова О.Г., Быкова Н.Г., Лебедева В.В. Нелинейный резонанс на крыле допплеровского контура линии в трёхуровневой спектроскопии. Деп. ВИНИТИ. № 2656-84. 1984. 24 с.

63. Быкова Н.Г., Гринь Л.Е., Лебедева В.В. О применении метода нелинейной трёхуровневой спектроскопии для диагностики плазмы. Республиканский семинар "Физические методы исследования прозрачных неоднородностей". Тезисы докладов. Москва. 1985. С.34.

64 Лебедева В.В., Соколовский Р.И., Пандо К.Л. Корреляции в спектре частот каскадных переходов при возмущении комбинирующих уровней сильным монохроматическим полем // Опт. и спектр. 1986 Т. 60, № 3. С.469.

65 Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1986. 352 с.

66. Ьыкова Н.Г., Лебедева В.В., Седельникова А.Э. Нелинейные резонансы в трёхуровневой спектроскопии в гауссовых световых полях. Деп. ВИНИТИ. 1986. № 9627. 6 с.

67. Гринь Л.Е., Зарослова О.С., Карталева С.С., Лебедева В. В., Одинцов А.И. Исследование времени жизни верхнего лазерного уровня Аг 11 4р20по спонтанной эмиссии на смежном переходе // Вестн. Моск. ун-та. Сср.З. Физика. Астрономия. 1987. Т.28, №2. С.63.

68. Киреев С.Е., Лебедева В.В., Одинцов А.И., Соколовский Р.И., Туркнн Н.Г. Модовая спектральная структура импульсного лазера на парах меди // Вестн. Моск. ун-та. Сер.З. Физика. Астрономия. 1988. Т. 29, № 3. С.45.

69. Домнина Н.А., Лебедева В.В., Одинцов А.И., Преображенский Н.Г., Соколовский Р.И. Суперлюминесценция газа, возбуждаемого сильноточным продольным разрядом. Препринт ИТПМ СО АН СССР. Новосибирск. 1988. № 12-88. 42 с.

70. Прокофьев В.К., Лебедева В.В., Орлов М.И., Соколовский Р.И. Об аподизацин в оптических телескопах // Кинематика и физика небесных тел. 1988. Т.4, № 6. С.43.

71. Быкова Н.Г., Гринь Л.Е., Лебедева В.В., Седельникова А.Э. Узкий пик в центре допплеровски уширенной линии, возникающий при действии сильной стоячей волны на смежном переходе // Опт. и спектр. 1988. Т.64, № 6. С.2216.

72. Быкова Н.Г., Лебедева В.В., Седельникова А.Э. Узкий раздвоенный пик в центре спектральной линии 5145 А Аг II при действии сильной стоячей волны на смежном переходе. Тезисы 3 Всесоюзной конференции "Теоретическая и прикладная оптика". Л-д. 1988. С.141.

73. Быкова Н.Г., Лебедева В.В., Седельникова А.Э. Изменения в контуре спектральной линии Аг II 514,5 нм под действием сильного светового поля на смежном переходе. Киев. Тезисы XX Всесоюзного съезда по спектроскопии. 4.1. 1988. С.95.

74. Ьыкова Н.Г., Гринь Л.Е., Лебедева В.В., Андронова Т.В., Юзгин А.В. Спектральная зависимость коэффициента отражения при обращении волнового фронта в активной среде аргонового лазера // Вести. Моск. ун-та. Сер.З. Физика. Астрономия. 1989. Т.ЗО, № 5. С. 79.

75. Лебедева В.В., Лукьянов Ю.Н.. Орлов М.И., Преображенский Н.Г.. Соколовский Р.И. Амплитудно-фазовые характеристики световых пучков с минимальной расходимостью. Препринт ИТПМ СО АН СССР. Новосибирск. 1989. № 16-89. 26 с.

76. Домнина H.A., Лебедева В.В., Одинцов А.И., Соколовский Р.И. Поле излучения газоразрядного суперлюминесцентного лазера // Опт. и спектр. 1989. Т.66, № 3. С.684.

77. Домнина H.A., Лебедева В.В., Одинцов А.И., Соколовский Р.И. Влияние насыщения на структуру поля суперлюминссценции в анизотропно усиливающей среде // Вестн. Моск. ун-та. Сер.З. Физика. Астрономия. 1989. Т.ЗО, № 6. С.35.

78. Куценко С.А., Лебедева В.В., Седельникова А.Э. Исследование эффекта Макапузо-Корбино в плазме аргонового лазера. Тезисы 2-го Нижне-Волжского регионатьного научного семинара. Волгоград. 1989. С.45.

79. Куценко С.А., Лебедева В.В., Седельникова А.Э. Нелинейные магнитооптические эффекты в усиливающей среде аргонового лазера II Опт. и спектр. 1990. Т.68, №5. С. 1171.

80 Лебедева В.В., Орлов М.И., Соколовский Р.И. Ограниченные волновые пучки с минимальной расходимостью. Тезисы докладов на Всесоюзном научном семинаре "Математическое моделирование и применение явлений дифракции". Москва. 1990. С.41.

81 Лебедева В.В., Орлов М.И., Преображенский Н.Г., Соколовский Р.И. Нестационарный нагрев плоскослоистой среды импульсом электромагнитного излучения // Известия вузов. Физика. 1992. Т.35. № 11. С.115.

82 Лебедева В.В., Орлов М.И., Соколовский Р.И. Ограниченные волновые пучки с минимальной расходимостью // Радиотехн. и злектр.

1993. Т.38, № 3. С.385.

83 Лебедева В.В. Экспериментальная оптика. М.: Изд-во Моск. ун-та.

1994. 365 с.

84 Лебедева В.В. Особенности современной экспериментальном оптики. Тезисы XXI съезда по спектроскопии. Звенигород Моск.обл., 1995. С.57.

С"