Генерация пико- и наносекундных лазерных импульсов с преобразованием частоты и их применение в спектроскопии и зондировании тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.В.ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им.Д. В.СКОБЕЛЬЦЫНА

РГ6 од

1 4 ДПР

1038

На правах рукописи

ПЕРШИН СЕРГЕИ МИХАИЛОВИЧ

ГЕНЕРАЦИЯ ПИКО- И НАНОСЕКУНДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СПЕКТРОСКОПИИ И ЗОНДИРОВАНИИ

Специальность 01.04.21 - лазерная физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОСКВА, 1998

Работа выполнена в Институте космических исследований РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор доктор физико-математических наук, профессор доктор физико-математических наук, профессор

A.З. Грасюк

B.В.Фадеев А.А.Фомичев

Научный консультант.: доктор физико-математических наук,

профессор О.Б.Бутусов

Ведущая организация:

Институт общей физики РАН

Защита диссертации состоится .......1998 г. в /^^часов

на заседании Специализированного Ученого Совета Д-053.05.80..ПО защит диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических нау в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу 119899. Москва, Воробьевы горы, НИИЯФ МГУ, 19 корп., ауд.2-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ Автореферат разослан " " марта, 1998г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор физико-математических наук

А.Н.Васильев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из актуальных направлений лазерной физики является разработка и исследование новых режимов генерации лазерных импульсов, а также новых подходов к повышению эффективности взаимодействия оптических импульсов с веществом. Интерес к таким исследованиям обусловлен большой ролью, которую играют надежно работающие генераторы оптических импульсов различной частоты и длительности в экспериментальной лазерной физике. Здесь удачное решение позволяет существенно продвинуться в фундаментальных и прикладных экспериментальных исследованиях, наблюдать и выявить принципиально новые физические явления при взаимодействии лазерных импульсов со средой.

Так, генерация пикосекундных импульсов обеспечила закономерный прорыв в область предельных, фемтосекундных длительностей импульсов и в физику сверхсильных оптических полей. Одним из путей перехода к фемтосекундным импульсам являлся метод синхронной накачки лазеров ультракороткими импульсами (УКИ), который обеспечивал генерацию пикосекундных импульсов высокого оптического качества. Такие импульсы можно сжимать в волоконно-оптических компрессорах до фемтосекундных длительностей, усиливать и преобразовывать в ИК- и УФ-диапазоны. В некоторых случаях метод синхронной накачки применяется последовательно несколько раз и является единственно возможным для прямой генерации фемтосекундных импульсов в ближнем ИК-диапазоне в лазерах на центрах окраски и в параметрических генераторах света с синхронной накачкой.

Детальные исследования переходных процессов при генерации синхронно накачиваемых лазеров на растворах органических красителей (СНЛК), проведенные нами, значительно расширили возможности использования широко распространенных мощных пикосекундных твердотельных лазеров с пассивной синхронизацией мод для накачки СНЛК короткими цугами импульсов. Разработанный подход был обобщен на класс лазеров с инжекцией в резонатор стартового импульса. Теоретически и экспериментально обосновано, что применение для этих целей дополнительного сверхтонкого резонатора позволяет

предельно, до 2-3 проходов по резонатору, сократить время установления генерации импульсов в СНЛК и повысить стабильность их параметров.

Генерация импульсов в параметрических генераторах света (ПГС), перестраиваемых по частоте в рекордно широком диапазоне, и в настоящее время остается предметом исследования. Обнаруженная нами конкуренция параметрического усиления и процесса вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) резонаторной волны в самом кристалле ПГС, ограничивающая его мощность, и физический механизм подавления этого процесса были учтены впоследствии при разработке мощных ПГС для лазерной химии.

Среди других задач особое место занимает поиск оптимальных решений и способов генерации импульсов в лазерах для их применения в натурных экспериментах, а также в космических исследованиях атмосферы и поверхности планет, где дистанционные методы активного лазерного зондирования получают все большее распространение. Определяющими из них являются высокая надежность и эффективность, минимизация числа элементов, габаритно-массовых параметров и энергопотребления.

Перспективность применения лазера как уникального инструмента в космических исследованиях наиболее ярко была продемонстрирована при подготовке в 1985-1988 гг. первого российского лазерного масс-анализатора для дистанционного изучения изотопного состава поверхности спутника Марса Фобоса. Реализация режима активного зондирования с возбуждением приповерхностной плазмы с пролетной высоты до 100 м (не состоявшегося из-за потери связи с космическим аппаратом) стимулировала наши исследования по повышению эффективности взаимодействия лазерных импульсов с поверхностью для анализа ее элементного состава по эмиссионным спектрам возбуждаемой плазмы при наличии атмосферы.

С помощью специально разработанного лазера, генерирующего сдвоенные импульсы с перестраиваемым интервалом, нам удалось обнаружить эффект и исследовать механизм неаддитивного, многократного увеличения степени взаимодействия с поверхностью именно второго импульса в цуге при нормальных атмосферных условиях. Достигнутое повышение контраста эмиссионного спектра

плазмы при воздействии сдвоенных импульсов более чем на порядок повышает обнаружительную способность дистанционного анализа элементного состава поверхности конденсированных сред, в том числе поверхности планет, минералов, почв и растворов при наличии атмосферы.

Важное научное значение имеет решение задачи эффективного измерения трехмерного поля температур Мирового океана дистанционными методами. Предложенный и разработанный в диссертации новый подход проверен в схеме лидарного зондирования и может быть положен в основу нового автономного (без вмешательства исследователя в процесс измерения) физического метода дистанционного термометрирования водных сред флюоресцентным лидаром.

Новые возможности лидарного зондирования проявляются при разделении во времени энергии лазерного импульса на 1000 - 100 000 микроимпульсов. Это позволяет понизить его мощность в сечении пучка до уровня естественной освещенности и проводить зондирование среды обитания без увеличения лучевой нагрузки на нее. Такой подход к зондированию серией импульсов при статистическом режиме приема, когда вероятность регистрации сигнала всегда меньше единицы, позволил нам создать портативный аэрозольный лидар на диодном лазере и счетчике фотонов. Малое пиковое потребление, высокая эффективность диодных лазеров и компактность делает такие лидары перспективными и для исследования атмосферы других планет в дальних космических экспедициях. Прототип такого лидара, разработанного нами, был выбран и включен как прибор от России в состав научного комплекса будущей американской миссии к Марсу в 1998г. - "Mars Surveyor Lander-98".

В связи с важным научным и прикладным значением результаты исследований генерации лазерных импульсов, их взаимодействия с веществом при зондировании и преобразовании по частоте и длительности служат более глубокому пониманию проблем, возникающих в этой области. Успешное решение с их помощью фундаментальных и прикладных задач только подчеркивает их значимость в научных исследованиях и актуальность.

Цель настоящей работы состоит в изучении и разработке новых методов ■енерации пико- и наносекундных импульсов в неодимовых лазерах и лазерах на

красителях, синхронно накачиваемых коротким цугом пикосекундных импульсов на основе комплексного подхода к созданию лазерных систем, ориентированное на повышение их эффективности и надежности; на изучение с их помощьн процессов взаимодействия лазерных импульсов с веществом при возбуждена лазерной плазмы, при комбинационном и аэрозольном рассеянии для и: применения в задачах зондирования конденсированных сред и атмосферы н; Земле и других планетах.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Впервые экспериментально обнаружена раздельная генераци? наносекундных импульсов на высших и низшей поперечной моде аксиальное симметрии в твердотельном лазере на АИГ с пассивной модуляцией добротносп на кристалле ир. Предложена и разработана модель такого лазера, проведено е< численное исследование на основе уравнений для эволюции импульсов I резонаторе лазера. Адекватность модели обоснована в физическог. эксперименте. Впервые осуществлена генерация сдвоенных импульсов ( регулируемым до 100 не интервалом посредством изменения дифракционны: потерь внутри резонатора без электрооптических элементов управления.

2. Впервые обнаружен и изучен физический механизм одновременно! генерации нескольких (до 8-ми) импульсов в ПГС на кристалле йодата лития перестройкой в области 630-3400 нм. Разработана теория ПГС, нагруженного н внутрирезонаторный процесс ВКР взаимодействующих волн при сильно! диссипации энергии параметрической волны в стоксовы компоненты. Найдень условия подавления этого процесса, ограничивающего мощность ПГС. Измере коэффициент ВКР-усиления на поляритонной моде (П-820 см"1) в кристалл ШОз, который составил величину {(1,1 ± 0,2)10"3МВт"1 см}. Впервы экспериментально реализована схема нелинейной активной спектроскопи гиперкомбинационного рассеяния света и исследована дисперсия кубическо восприимчивости хлороформа с помощью данного ПГС в области обертон (Х~1620 нм) валентных С-Н колебаний.

3. Впервые в АИГ-лазере с пассивной синхронизацией мод осуществлен режим генерации высокочастотной серии цугов пикосекундных импульсов, следующих с частотой до 60 кГц в пачке за время вспышки лампы. В таком режиме генерации достигнуто повышение к п д. и средней мощности лазера не менее чем в 5 раз.

4. Разработана модель синхронно накачиваемого лазера на красителе (СНГ1К) в приближении четырехуровневой схемы активной среды и нестационарной поляризации рабочего перехода, которая расширяет область существования решений, отсутствующих в других моделях, и адекватно предсказывает экспериментальные зависимости при накачке лазера коротким цугом пикосекундных импульсов с гауссовой огибающей. Экспериментально реализована генерация в СНЛК перестраиваемых по частоте спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов. Осуществлено сжатие этих импульсов в волоконно-оптическом компрессоре до расчетных фемтосекундных длительностей, экспериментально подтвердившее высокое оптическое качество импульсов СНЛК, возбуждаемых коротким цугом с гауссовой огибающей.

5'. Предложен и экспериментально обоснован способ нелинейного, неаддитивного повышения контраста линий элементов мишени в эмиссионном спектре лазерной плазмы при ее возбуждении на поверхности мишени сдвоенными (с интервалом до 40 мкс) импульсами неодимового лазера при наличии атмосферы; экспериментально доказано, что именно второй импульс в цуге при воздействии на мишень дает эффект неаддитивного, многократного увеличения коэффициента ввода энергии.

б. Впервые экспериментально обнаружено явление температурного сдвига статистического центра симметричной огибающей, аппроксимирующей контур полосы ЛЬ=3450 см"1 спонтанного КР излучения второй гармоники неодимового лазера на валентных О-Н колебаниях в воде по закону С1 = С1^+к1°С на оси частот с константой к= (1,0 ±0,1) см"'/°С; дано обоснование этого сдвига в рамках предложенной модели как фундаментальной зависимости, подобной газовым законам термодинамики; впервые обнаружены аномально резкие отклонения в виде "скачков" положения центра и полуширины огибающей в области

температур 4, 20, 36 и 76 °С - экстремальных значений макроскопических параметров воды: плотности, поверхностного натяжения, изобарической теплоемкости и скорости звука, корреляция "скачков" с которыми интерпретирована как спектроскопическое проявление структурных изменений в воде.

На защиту выносятся:

1. Осуществленный в диссертации способ генерации сдвоенных

наносекундных импульсов с регулируемым в диапазоне 20 - 100 не интервалом без применения электрооптических элементов управления резонатором в №:УАС лазере с пассивным модулятором добротности на кристалле фторида лития с центрами окраски.

2. Способ интеграции элементов резонатора пикосекундного лазера с пассивной синхронизацией мод, в котором функции телескопа, поляризатора и спектрального фильтра объединены в одном элементе, позволивший повысить (не менее чем в 1,5 раза) стабильность параметров импульсов и реализовать новые режимы генерации, а именно: генерацию в №с1:УАС лазере с пассивной синхронизацией мод высокочастотных серий цугов (до 60 кГц за время вспышки лампы) пикосекундных импульсов, длительностью до 35 пс и энергией до 1 мДж, с 5-кратным повышением к.п.д. и средней мощности лазера, а также генерацию предельно коротких (до 3 импульсов) цугов с одновременным увеличением энергии импульса до 5 мДж.

3. Способ сокращения времени развития (до 2-4 обходов резонатора) генерации, стабилизации параметров и управления длительностью спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов в режиме жесткого, нестационарного возбуждения СНЛК коротким цугом импульсов, при размещении активной среды СНЛК в дополнительном сверхтонком резонаторе, толщина которого определяет длительность импульса, и просветляющейся поглощающей среды, отдельно от активной. При этом сохраняется высокое оптическое качество импульсов и возможность их сжатия до фемтосекундных длительностей в волоконно-оптическом компрессоре.

4. Метод одновременной генерации в параметрическом генераторе света на кристалле йодата лития до 8-ми коллинеарно распространяющихся импульсов с фиксированными и перестраиваемыми частотами при его накачке одним импульсом второй гармоники неодимового лазера.

„5. Способ дистанционного зондирования элементного состава конденсированной среды при нормальных атмосферных условиях на основе эффекта повышения контраста линий элементов мишени в эмиссионном спектре лазерной плазмы, возбуждаемой на поверхности сдвоенными наносекундными импульсами АИГ-лазера.

6. Способ дистанционного измерения температуры воды на основе обнаруженного явления сдвига центра симметричной огибающей полосы спонтанного КР на валентных О-Н колебаниях в воде, который аппроксимируется линейной температурной зависимостью П = П 0+к1°С на оси частот с константой к- (1,0 ± 0,1) см"1/°С.

7. Метод и лидар для зондирования среды обитания, атмосферы планет и других объектов с безопасным для глаз уровнем мощности, сравнимым или меньшим естественной освещенности, когда вероятность регистрации сигнала от зондирующего импульса всегда меньше единицы.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1. Генерация в АИГ-лазере сдвоенных наносекундных импульсов с регулируемым интервалом до 100 не позволила обнаружить эффект повышения контраста эмиссионного спектра плазмы при ее возбуждении парными импульсами. Режим генерации парных импульсов с управляемым без электронных цепей интервалом может быть использован для решения и других задач с двухимпульсным воздействием или применением техники пробного луча, когда использование высоковольтных цепей и электрооптических элементов управления лазером исключено или затруднительно из-за развития электрических разрядов, например, в спектроаналитическом бортовом комплексе на Марсе.

2. Новая компоновочная схема резонатора пикосекундного неодимового лазера с пассивной синхронизацией мод и повышенной интеграцией элементов

позволила предельно упростить резонатор и повысить его надежность. Экспериментально реализован новый режим генерации высокочастотной серии цугов импульсов с управляемой частотой повторения за время вспышки лампы, который повышает к.п.д. и среднюю мощность лазера в несколько раз (до 5), а также режим прямой генерации укороченных (до 3 импульсоа) цугов, который в несколько раз увеличивает интенсивность импульсов и позволяет уменьшить число каскадов усиления. Данная схема резонатора защищена авторским свидетельством.

3. Была создана лазерная система для генерации фемтосекундных импульсов, состоящая из задающего пикосекундного лазера с пассивной синхронизацией мод и каскадов усилителей, удвоителя частоты и синхронно накачиваемого лазера на красителях, компрессора световых импульсов и последующих каскадов усиления сжатых импульсов, которые стробоскопически накачивались излучением второй гармоники пикосекундных импульсов, выделенных из цуга задающего лазера. На этой системе была отработана методика генерации фемтосекундных импульсов и усиления без заметного изменения их контраста. Получены импульсы длительностью до 600 фс, мощностью до 10 МВт с частотой повторения 10 Гц и перестройкой в области (600-650) нм. Данный подход был применен и получил дальнейшее развитие при разработке уникальной фемтосекундной лазерной системы на красителях с синхронной накачкой с преобразованием излучения в ИК- и УФ-диапазоны для генерации сверхсильных световых полей.

4. Одновременная генерация в ПГС нескольких, излучаемых в одном направлении, импульсов на фиксированных и перестраиваемых частотах ВКР-компонент может быть использована как многочастотный источник для спектроскопии и зондирования в видимом и ближнем ИК-диапазоне, а разработанный аппарат анализа может быть применен для изучения параметрической генерации света с развитием других нелинейных процессов, например, удвоением частоты параметрической волны в самом кристалле ПГС. Обнаруженная конкуренция ВКР-усиления в кристалле ПГС, ограничивающая его мощность, и физический механизм ее подавления были учтены при разработке

мощных ПГС для лазерной химии. С помощью этого ПГС был экспериментально осуществлен метод поляризационной спектроскопии нелинейной оптической активности кристаллов и исследованы процессы генерации высших оптических гармоник в щелочных парах в условиях многофотонных резонансов.

5. Разработан метод нелинейного (более чем 10-кратного) увеличения контраста линий элементов мишени в спектре свечения плазмы в поле второго импульса при ее возбуждении сдвоенными импульсами АИГ-лазера с интервалом до 40 мкс при наличии атмосферы. Такой режим возбуждения плазмы повышает концентрацию атомов и ионов элементов мишени в поле второго импульса и обнаружительную способность дистанционного элементного анализа состава поверхности в естественных условиях, когда первый импульс очищает поверхность и снижает плотность газов к моменту прихода второго. В прикладных исследованиях дистанционного зондирования этот метод может быть применен с подвижной платформы, перемещающейся со скоростью, ' определяемой отношением размера сечения пучка на поверхности к интервалу между импульсами.

6. Обнаруженный эффект температурного сдвига центра огибающей контура полосы спонтанного КР на валентных О-Н колебаниях в воде проверен в схеме лидарного зондирования и может быть положен в основу нового автономного (без вмешательства исследователя в процесс измерения) физического метода дистанционного термометрирования водных сред, включая температурный профиль Мирового океана, для глобального мониторинга миграции энергии, переносимой его течениями, а также нового метода изучения зоды как физического объекта.

7. Разработан и испытан портативный (с массой до 1 кг и энергопотреблением несколько Ватт) аэрозольный лидар обратного рассеяния на диодном лазере и квантовом счетчике с безопасным уровнем излучения для юпользования в экологическом мониторинге среды обитания и атмосферы. Збласть применения лидара продемонстрирована в натурных экспериментах по юндированию дымовых шлейфов, облаков и аэрозольных образований, а также 1агрязнения поверхности акваторий. Как прибор Российской академии наук лидар

прошел конкурс и включен в состав научного комплекса посадочного модуля в будущей миссии к Марсу в 1998г., которую готовит HACA в США.

Личный вклад автора. Все результаты, включенные в диссертацию, получены лично автором или при его непосредственном участии и руководстве. Им был предложены механизм генерации сдвоенных импульсов в АИГ-лазере, а также новая схема резонатора пикосекундных лазеров и проведена их модификация с размещением нового кюветного узла. Параметрическая генерация света в условиях конкуренции с процессом ВКР изучалась совместно с А.И.Ковригиным, Б.В.Ждановым и А.И.Холодных, а исследование лазеров, синхронно накачиваемых короткими цугами пикосекундных импульсов, проводилось совместно с В.А.Нехаенко, А.А.Подшиваповым.

Лично автором была высказана и обоснована идея возбуждения плазмы сдвоенными импульсами, предложен и исследован механизм трансформации ее эмиссионного спектра, найдено решение для повышения чувствительности анализа элементного состава поверхности при дистанционном зондировании и повышения эффективности воздействия на поверхность. Эксперименты по взаимодействию с поверхностью цуга импульсов проводились при участии А.Ю.Бухарова, а по дистанционному зондированию атмосферы аэрозольным лидаром - при участии А.В.Бухарина. Здесь автором была сформулирована и обоснована идея компактного лидара на диодном лазере и квантовом счетчике, создан действующий его макет и при непосредственном участии автора проведены натурные эксперименты. Исследования по дистанционному термометрированию воды флюоресцентным лидаром проводились совместно с А.Ф.Бункиным, где автору принадлежит идея термодинамической модели для интерпретации обнаруженной зависимости температурного смещения статистического центра полосы спонтанного KP на валентных колебаниях О-Н в воде.

Апробация работы и публикации

Основные материалы диссертации докладывались на 7 Всесоюзных и 8 международных конференциях: на VIII, XI и XIII Всесоюзных конференциях по когерентной и нелинейной оптике ( Тбилиси, 1976; Ереван, 1982 и Минск, 1988 ),

I Всесоюзной конференции по ВКР (Киев, 1975), Всесоюзных конференциях "Перестраиваемые по частоте лазеры - IV" (Новосибирск, 1983), VIII Вавиловской конференции по нелинейной оптике (Новосибирск, июнь 1984), "Оптика лазеров" (Ленинград, 1987) и "Взаимодействие излучения с веществом" (Ленинград, 1988), III Международном симпозиуме по сверхбыстрым процессам в спектроскопии (Минск, 1983), Международных конференциях CLEO-91 и SPIE в 1993, 1994, 1995, 1997 гг. ( США), Симпозиумах Европейского геофизического общества (Висбаден, 1993; Гамбург, 1995; Гаага, 1996), Международной конференции по подготовке миссии "ФОБОС" (ИКИ АН СССР, Москва, 1986) и на Международном семинаре по космическому научному приборостроению (ИКИ АН СССР, Москва, 1989), Международном симпозиуме об устойчивых органических соединениях в окружающей среде (Карлсруе, 1997). Ряд вошедших в работу материалов докладывался на научных семинарах физического факультета МГУ, физического факультета ВГУ, ЛИТМО, Софийского университета (НРБ), Пражского технического университета (Чехия), католического университета г. Рио де Жанейро (Бразилия), института физики Академии наук Беларуссии, на семинарах отделов 61 и 62 в ИКИ РАН, а также национальной лаборатории JPL (Jet Propulsion Laboratory) в США.

Материалы диссертации опубликованы в различных зарубежных и отечественных журналах и сборниках, в обзоре, 40 статьях, 25 тезисах докладов и трудов конференций, 6 заявках на изобретения. Основные результаты диссертации изложены в 50 публикациях, список которых приводится в.конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и цитированной литературы.

Во введении обоснован выбор направления исследований, показана актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы. Здесь же приведены основные положения работы, выносимые на защиту; кратко освещены вопросы публикации результатов и личный вклад автора в работу. Приведено краткое содержание работы.

Первая глава посвящена изложению результатов исследования генерации наносекундных и пикосекундных импульсов в неодимовых лазерах на стекле и на кристаллах алюмоиттриевого граната при использовании неординарных схем резонаторов и новых режимов генерации.

Представлены результаты численного анализа генерации сдвоенных наносекундных импульсов с управляемым в диапазоне 20 - 100 не интервалом в лазере на АИГ с пассивным модулятором добротности на кристалле фторида лития. Такой режим раздельной генерации на аксиально-симметричных поперечных модах резонатора был впервые осуществлен экспериментально. Управление величиной дифракционных потерь на высших модах позволяет изменять время развития генерации и интервал между импульсами излучения.

Физический эксперимент подтвердил наличие такой зависимости в лазере. При изменении числа Френеля (1\|= </!Л/1_, где й- диаметр диафрагмы, М. -произведение длины волны на длину резонатора) в области значений от 1,5 до 12 посредством внутрирезонаторной диафрагмы интервал между импульсами плавно изменялся в пределах 100 - 20 не. Сравнение результатов эксперимента с расчетными значениями показало их хорошее соответствие и подтвердило адекватность предложенной модели физическому механизму развития генерации.

В режиме генерации только на одной низшей поперечной моде варьирование уровня превышения накачки над порогом позволяло получать 2—5-имлульсные цуги с интервалом в 20-40 мке по аналогии с пичковым режимом свободной генерации. Применение \/-образной схемы лазера с двойным проходом через активную среду за один обход резонатора обеспечило не только повышение к. п.д. лазера, но и возможность изменения как длительности импульса (почти вдвое), так и интервала между ними при перемещении пассивного модулятора из одного плеча резонатора в точку поворота пучка внутри резонатора. Эти режимы генерации импульсов использовались нами для исследования характерных особенностей взаимодействия излучения с поверхностью и трансформации спектра лазерной плазмы.

Приведены результаты экспериментального исследования генерации пикосекундных импульсов в неодимовых лазерах на стекле и кристаллах АИГ в

модифицированном резонаторе оригинальной конструкции с повышенным интегрированием элементов. Соединение функций телескопа-эспандера, поляризатора, спектрального фильтра й окна кюветы в одном элементе позволило предельно уменьшить их количество в резонаторе лазера и сделать его чрезвычайно простым. Такая компоновка снизила внутрирезонаторные потери и повысила стабильность параметров цугов импульсов не менее чем в 1,5 раза, что было важно и необходимо при синхронной накачке лазеров на растворах органических красителей ограниченным цугом импульсов.

Изложены результаты экспериментов по генерации цугов пикосекундных импульсов в АИГ-лазере с пассивной синхронизацией мод в специфических режимах. Была получена прямая генерация предельно коротких, 3-импульсных цугов с повышением энергии импульса не менее чем в 5 раз. Замена жидкого раствора красителя на краситель в полимерной пленке и применение \/-образной конфигурации резонатора позволила реализовать в лазере с внугрирезонаторным эспандером генерацию пачек цугов пикосекундных импульсов с частотой следования до 60 кГц за время вспышки лампы. Такой режим генерации дает многократное увеличение средней мощности и к.п.д. лазера (до 5-крат) при повышении накачки только в два раза.

Во второй главе представлены результаты исследования обнаруженного явления конкуренции параметрического усиления и процесса вынужденного комбинационного рассеяния излучения накачки ПГС (вторая гармоника неодимового лазера) и резонаторной волны ПГС на поляритонной моде в кристалле йодата лития ПГС. Теоретически были выявлены условия развития ВКР и ограничения мощности параметрической генерации, а также его подавления как конкурирующего эффекта. Эксперимент показал хорошее согласие с расчетными зависимостями. Впервые был измерен коэффициент ВКР-усиления ((1,1+0,2)10'3МВт1см) по соотношению порогов генерации ПГС и ВКР компонент в кристалле йодата лития. Жесткая привязка направления распространения всех взаимодействующих волн в кристалле ПГС по нормали к выходному зеркалу ПГС позволяет рассматривать такой режим одновременной генерации импульсов (до 8) с фиксированной и перестраиваемой частотой в

области 630-3400 нм на всех спектральных компонентах как уникальный источник многочастотного излучения в коллимированном пучке для задач дистанционного зондирования.

С помощью этого ПГС был проведен первый эксперимент по исследованию дисперсии резонансной кубической восприимчивости хлороформа в области обертона (~1620 нм) С-Н колебаний методом активной спектроскопии гиперкомбинационного рассеяния света. В области исследуемого дипольно-разрешенного колебательного перехода резонансный вклад не превышал половины величины нерезонансной части.

Третья глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию генерации спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов в синхронно накачиваемых лазерах на растворах органических красителей в режиме жесткого возбуждения короткими цугами с гауссовой огибающей; процесса сжатия импульсов в волоконно-оптическом компрессоре и усиления в многокаскадном усилш'еле.

Проведен численный анализ системы уравнений, описывающей генерацию импульсов в синхронно накачиваемом лазере в приближении четырехуровневой активной среды с нестационарной поляризацией рабочего лазерного перехода. Предложенный подход расширил область существования решений, отсутствующих в других моделях. Детально исследованы процесс формирования импульса и переходные режимы развития импульса генерации в зависимости от изменения параметров резонатора и накачки. Получены оптимальные значения величины отстройки от точного совпадения длин резонаторов для генерации импульсов минимальной длительности.

Рассмотрено формирование УКИ в СНЛК с дополнительным тонким резонатором в режиме жесткого возбуждения коротким цугом пикосекундных импульсов. Показано, что размещение активной среды в дополнительном тонком низкодобротном резонаторе в синхронно накачиваемом лазере приводит к существенному (до 2-3 обходов резонатора) сокращению времени установления генерации импульсов и повышению стабильности их параметров. В частности, было найдено, что использование дополнительного тонкого резонатора приводит

к меньшей зависимости длительности импульса от его номера в цуге, а также к линейной зависимости его длительности от толщины тонкого резонатора.

Представлены результаты экспериментального исследбвания генерации спектрально-ограниченных УКИ в лазере на красителе с синхронной накачкой коротким цугом импульсов пикосекундных лазеров с пассивной синхронизацией мод. Экспериментально зарегистрировано существенное сокращение времени переходных процессов при использовании сверхтонкого резонатора (СТР) в СНЛК. В такой схеме генерация возникает из мощного затравочного импульса, формируемого в СТР и инжектируемого в СНЛК. Так, использование СТР толщиной 0,2 мм приводило к тому, что уже в первой половине цуга импульсов накачки длительность импульса СНЛК достигала своей минимальной величины и слабо менялась с номером импульса в цуге. Это позволяет использовать более короткие цуги импульсов накачки для генерации спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов в СНЛК, перестраиваемых по частоте. Получено хорошее согласие с результатами численного эксперимента. Принцип инжекции в СНЛК стартового импульса, сформированного в лазере с распределенной обратной связью, был также проверен в [1] и включен в сложную лазерную систему генерации спектрально ограниченных пикосекундных импульсов.

Рассчитаны параметры однокаскадного компрессора для оптимального сжатия оптических импульсов. Получено расчетное сжатие импульса до длительности 600 фс в компрессоре с одномодовым волокном длиной 5 м. Статистический анализ параметров сжатых импульсов показал, что для повышения степени сжатия необходимо повышать стабильность интенсивности импульсов на входе в компрессор.

Проведено усиление субпикосекундных импульсов в двух усилителях, накачиваемых одним импульсом, с оптимальной для каждого усилителя его оптической задержкой. Такая стробоскопическая накачка усилителей пикосекундными импульсами позволяет усиливать только выбранные импульсы, сохраняя их высокий первоначальный контраст. После двух каскадов усиления были получены спектрально-ограниченные импульсы длительностью 600 фс и мощностью до 10 МВт, частотой повторения до 10 Гц, перестраиваемые в

к.

диапазоне (600 - 650) нм. Такой подход был затем использован нами как базовый для генерации с помощью нелинейно-оптических методов, фемтосекундных импульсов в ИК- и УФ-диапазонах.

Кратко изложены приемы измерения длительности субпикосекундных импульсов различными способами.

В четвертой главе изложены результаты исследования процесса взаимодействия цуга наносекундных импульсов с поверхностью при возбуждении лазерной плазмы при наличии атмосферы. Сформулированы основная идея изменения параметров эмиссионного спектра лазерной плазмы при переходе к двухимпульсному режиму воздействия на поверхность и ожидаемые результаты. Рассмотрен механизм и дано обоснование впервые обнаруженного эффекта повышения интенсивности линий элементов мишени в спектре свечения лазерной плазмы в поле второго импульса цуга без заметного изменения уровня фонового излучения атмосферных газов. На примере прожигания, лазерного "сверления" отверстия в металлической пластине экспериментально обосновано нелинейное, многократное увеличение эффективности энерговклада в мишень именно от второго импульса в цуге по сравнению с другими.

В первых экспериментах с использованием излучения сдвоенных импульсов с переменным интервалом (см. первую главу) было зарегистрировано многократное увеличение контраста линии алюминиевой мишени при увеличении интервала между импульсами от 20 до 100 не, несмотря на меньшую энергию второго импульса. Для исключения влияния этого фактора при исследовании механизма взаимодействия последующие эксперименты проводились с лазером, генерирующим последовательно два почти одинаковых импульса с интервалом до 40 мке на основной, низшей поперечной моде при повышении уровня накачки на 25 - 40 %. ' „

Эксперименты выявили следующие особенности, проявляющиеся при переходе к воздействию на поверхность сдвоенными импульсами:

- интенсивности линий элементов мишени многократно возрастают даже при суммарной энергии импульсов, вдвое меньшей, чем в одном (контрольном); спектр обогащается атомными и ионными линиями элементов мишени;

- в спектре появляются линии ионов более высокой кратности заряда;

- уровень фонового свечения остается практически таким же, как при воздействии только одним импульсом;

- области максимальной интенсивности фонового излучения и ионов пространственно локализованы на разных расстояниях от поверхности, что позволяет оптимизировать точку наблюдения плазменного факела в боковой схеме регистрации.

Сравнительный анализ показал, что наибольший нелинейный, неаддитивный вклад в увеличение контраста спектральной линии элементов мишени вносит второй импульс в цуге. Выигрыш в контрасте обусловлен многократным ростом ее амплитуды без увеличения фонового уровня и свечения атмосферного азота. При этом было выявлено, что именно второй импульс производит заметное увеличение размера и глубины кратера на поверхности мишени и, таким образом, увеличивает вынос массы или эффективность воздействия на поверхность.

Установлено, что переход к режиму возбуждения плазмы сдвоенными импульсами увеличивает скорость лазерного сверления не менее чем в 6 раз. Последующее увеличение числа импульсов в цуге не дает такого выигрыша в скорости сверления, что указывает на снижение эффективности ввода энергии в поверхность мишени по сравнению с ее скачком при воздействии вторым импульсом.

Физический механизм взаимодействия импульсов неодимового АИГ-лазера обусловлен существенным отличием скорости двух основных физических процессов - выравнивания давления и снижения температуры в области пробоя после воздействия первого импульса. В соответствии с законом Менделеева-Клапейрона в этой области устанавливаете?! пониженная плотность атмосферных газов вследствие ее медленного остывания по сравнению с быстрым выравниванием в ней давления. Второй импульс проходит эту область без взаимодействия с атмосферными газами как в вакуумной камере и воздействует на разогретую поверхность мишени более эффективно, чем первый импульс.

Разработанный подход был применен в [2] для повышения плотности ионной компоненты лазерной плазмы как среды для нелинейной спектроскопии.

Показано, что использование данного эффекта в схеме дистанционного зондирования существенно повышает его надежность и обнаружительную способность, особенно с подвижной платформы. Причем, первый импульс здесь может дополнительно очищать исследуемый участок поверхности.

Пятая глава посвящена экспериментальному решению задачи дистанционного зондирования конденсированных сред флюоресцентным лидаром. Основной акцент сделан на разработке нового подхода к проблеме бесконтактного измерения температуры воды с помощью лазерных импульсов.

" В ней кратко изложено описание универсального мобильного флюоресцентного лидара на лазере с использованием излучения его

второй и третьей гармоник для экспрессного контроля состояния природных вод, почв и растительности при их дистанционном зондировании. Регистрация спектров осуществлялась охлаждаемой ПЗС-линейкой с предварительным усилением яркости до 3*104 в стробируемом электронно-оптическом преобразователе. Сигнал с ПЗС через буфер предварительного хранения, управляемый процессором РБ-2101, поступал в компьютер, где проводилось его накопление и обработка. Даны примеры спектров флюоресценции кроны деревьев, почв с разным содержанием органического вещества, позволяющие распознавать их по спектральным особенностям, а также морской воды различной степени ее загрязнения растворенным органическим веществом и содержанием хлорофилла.

Предложен и экспериментально обоснован новый метод лидарного измерения температуры воды по смещению центра огибающей (статистического центра) полосы 3450 см"1 спонтанного КР излучения второй гармоники Ы<±УАС лазера в воде на валентных О-Н колебаниях. Выявлен линейный закон П = О0ч-Лс/"С температурного сдвига центра огибающей полосы КР в воде и показано его подобие известным газовым законам термодинамики. Измерена новая константа усредненного коэффициента смещения к = (1,0 ± 0,1) см"1/°С. Установлена инвариантность результатов к аппроксимации полосы КР контуром

лоренцевой или гауссовой формы, которая делает предложенный метод исследования универсальным, не зависящим от выбора подгоночных параметров. Эта существенная особенность позволяет предположить, что обнаруженное явление имеет характер фундаментальной зависимости.

Дана интерпретация эффекта на основе предложенной модели молекулярно-кинетического взаимодействия двух ансамблей осцилляторов Гиббса в приближении двухкомпонентной воды. Получено совпадение расчетного коэффициента с экспериментальным по знаку и удовлетворительное соответствие по величине.

Вблизи известных температурных точек 4, 20, 36 и 76 °С с экстремальными значениями плотности, поверхностного натяжения, изобарной теплоемкости и скорости звука в дистиллированной воде обнаружены аномально сильные изменения в виде скачков ширины аппроксимирующего контура и частотного положения его центра, природа которых однозначно пока не установлена и, возможно, обусловлена структурными изменениями в воде.

Предложено использование обнаруженного явления сдвига центра огибающей полосы КР для экспрессного бесконтактного измерения профиля температуры Мирового океана и природных вод с помощью лидарного зондирования.

В шестой главе представлены результаты разработки портативного аэрозольного лидара нового поколения на диодном лазере, работающем с большой частотой повторения импульсов, и квантовом счетчике в приемном канале. Проведен анализ процесса формирования сигнала в зависимости от его уровня и уровня фоновой засветки. Показано, что при больших световых потоках необходимо учитывать функцию распределения фотонов по интервалам. Получены основные расчетные соотношения. Рассмотрены примеры натурных экспериментов.

Разделение энергии одного импульса на серию импульсов оказалось принципиальным для разработки нового подхода к зондированию среды обитания без возмущающего действия на нее излучением, интенсивность которого сравнима или меньше уровня естественной освещенности. В таких условиях

лидар работает в существенно статистическом режиме счета квантов, когда вероятность регистрации сигнала в каждом импульсе меньше единицы. При этом, несмотря на предельно малую (менее 10"6 Дж) энергию импульсов, с помощью такого лидара были проведены натурные эксперименты по зондированию аэрозоля и регистрации динамики изменения его плотности одновременно с зондированием нижней кромки облаков; исследования динамики аэрозольного загрязнения и однородности атмосферы на трассе до 4 км по коэффициенту корреляции ее прозрачности с сигналом обратного рассеяния, а также мониторинг водной поверхности по изменению рассеивающих свойств ее скин-слоя при появлении пленок.

Принцип счета фотонов и только цифровая обработка сигнала без его предварительного усиления повышает надежность . и помехоустойчивость прибора. Высокая эффективность диодных лазеров и равномерное распределение энергии в серии импульсов максимально снижает все пиковые нагрузки на энергопотребление и обработку информации, что является принципиально важным фактором для бортовых систем исследования атмосферы других планет. Разработанный на этой основе в ИКИ РАН компактный аэрозольный лидар обратного рассеяния на диодном лазере и квантовом счетчике прошел международный отборочный конкурс и включен как прибор от России в состав научного комплекса американского посадочного модуля будущей миссии к Марсу - "Mars Surveyor Lander-98". Даны параметры этого лидара для зондирования атмосферы Марса с посадочного модуля "Lander- 98"

В работе получены следующие основные результаты:

I. В области генерации нано- и пикосекундных лазерных импульсов проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований механизма генерации и эволюции импульсов, ориентированный на повышение эффективности лазеров и систем на их основе; в рамках этого цикла работ решены следующие задачи лазерной физики:

1. Обнаружен и детально исследован новый режим раздельной генерации наносекундных импульсов на высших и низшей поперечной моде аксиальной

симметрии в неодимовом лазере на АИГ с пассивной модуляцией добротности на кристалле УР. Предложена и разработана модель такого лазера, адекватность которой проверена в физическом эксперименте. Этот режим генерации сдвоенных накосекундных импульсов с регулируемым интервалом 20 -100 не между ними применен для возбуждения лазерной плазмы и исследования трансформации ее эмиссионного спектра.

2. Предложена и разработана схема резонатора пикосекундного лазера с пассивной синхронизацией мод и максимальной интеграцией элементов, предельно упрощающей резонатор, обеспечивающая повышение стабильности параметров импульсов и режимы генерации цугов импульсов с повышением частоты следования и к.п.д.. Пикосекундные лазеры на фосфатном стекле и АИГ с неодимом с таким резонатором применены для исследования эволюции импульсов в лазерах, синхронно накачиваемых коротким цугом.

3. Разработана модель синхронно накачиваемого лазера с нестационарной поляризацией рабочего перехода. Детально исследована генерация спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов в лазерах на растворах органических красителей, синхронно накачиваемых относительно коротким цугом пикосекундных импульсов твердотельных неодимовых лазеров на стекле и АИГ. Предложен и экспериментально обоснован способ значительного сокращения времени установления генерации в СНЛК при размещении активной среды в дополнительном сверхтонком резонаторе -инжекторе стартового импульса. Численно и экспериментально исследован процесс сжатия импульсов СНЛК в волоконно-оптическом компрессоре с последующим их многокаскадным усилением.

4. Обнаружено и исследовано явление внутрирезонаторного ВКР световых золн, взаимодействующих в ПГС на кристалле йодата лития, как способ одновременной генерации в ПГС нескольких (до 8-ми) импульсов на разных длинах, волн с фиксированной и перестраиваемой частотой в видимом и ближнем 4К-диапазоне для спектроскопии и дистанционного зондирования. Найдены условия эффективного управления механизмом развития ВКР-компонент в резонаторе ПГС и измерен коэффициент рамановского усиления в кристалле

йодата лития, который составил (1,1 ± 0,2)10'3 МВт 'см. Впервые, с помощью данного ПГС, экспериментально реализована схема активной спектроскопии гиперкомбинационного рассеяния света для исследования дисперсии кубической _ гиперполяризуемости молекул жидкого хлороформа в области ИК- перехода (Х~1620 нм) первого обертона С-Н колебаний, резонансный вклад которой составил половину нерезонансной части.

II. В области взаимодействия лазерных импульсов со средой и дистанционного зондирования проведен цикл исследований, направленный на поиск новых подходов, в ходе которых экспериментально обнаружены и выявлены неизвестные ранее эффекты и установлены новые закономерности:

1. Предложен, обоснован и экспериментально разработан способ повышения (более чем на порядок) контраста линий элементов мишени в эмиссионном спектре приповерхностной плазмы при ее возбуждении сдвоенными импульсами неодимового лазера. Обнаруженный эффект предложен как способ дистанционного зондирования элементного состава поверхности конденсированных сред на Земле и на других планетах при наличии атмосферы.1-

2. Экспериментально обнаружено и зарегистрировано нелинейное, многократное (до 6-крат) увеличение энерговклада в мишень именно от второго импульса в цуге по сравнению с первым при воздействии на поверхность с возбуждением плазмы сдвоенными или цугом наносекундных импульсов неодимового лазера.

3. Обнаружено и исследовано явление температурного смещения центра симметричной огибающей, аппроксимирующей контур полосы спонтанного КР излучения второй гармоники неодимового лазера на валентных О-Н колебаниях в воде. Измерена константа сдвига (1,0 ± 0,1)' см'Тс, имеющего характер фундаментальной зависимости, и дано ее обоснование в рамках предложенной термодинамической модели. Предложено использовать это явление как способ дистанционного термометрирования Мирового океана, а также для бесконтактного и безынерционного измерения температуры в области взаимодействия пучков при исследовании водных растворов методами как нелинейной, так и линейной спектроскопии.

4. Предложен и разработан способ зондирования среды обитания серией /.икроимлульсов с уровнем излучения, сопоставимым с естественной эсвещенностью. Создан компактный аэрозольный лидар обратного рассеяния на импульсном диодном лазере и однофотонном лавинном фотодиоде, работающий ; предельно малым, безопасным для глаз уровнем излучения. Продемонстрированы его возможности на примерах зондирования облаков и цымовых шлейфов, аэрозоля и прозрачности атмосферы, а также загрязнения зодной поверхности. Реализованные рекордные параметры лидара позволили эму пройти конкурсный отбор в состав научной аппаратуры посадочного модуля ча поверхность Марса в будущей американской экспедиции к Марсу в 1998 г..

В заключение приношу искреннюю признательность и благодарность моим учителям и наставникам С.А.АХМАНОВУ и А.И.КОВРИГИНУ, обучившим меня методам научного познания в экспериментальной лазерной физике и нелинейной оптике; А.И.ХОЛОДНЫХ, Б.В.ЖДАНОВА, В.М.ГОРДИЕНКО, В.И.КУЗНЕЦОВА, Г.П.АРУМОВА - за постоянное сотрудничество; В.А. НЕХАЕНКО,

A.А.ПОДШИВАЛОВА, А.Ф.БУНКИНА, А.Ю.БУХАРОВА, А.В.БУХАРИНА,

B.С.МАКАРОВА - за помощь в выполнении отдельных экспериментов и теоретических расчетов; О.Б.БУТУСОВ# - за консультации в области прогнозирования с помощью лидара распространения аэрозольных шлейфов аварийных выбросов в городских условиях.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих статьях:

1. Ахманов С.А.,. Дьяков Ю.Е., Ковригин А.И., Перши» С М., Рашкович Л.Н., Федотова Л.А., Холодных А.И. Эффективное возбуждение ВКР в кристалле йодата лития в двойном оптическом резонаторе.//Тезисы докл. I Всесоюзн. коиф. по ВКР. Киев. КГУ. 1975. С. 94.

2. Джотян Г.П., Дьяков Ю.Е., Першин С М., Холодных А.И. Конкуренция ВКР и параметрического усиления в кристалле йодата лития,//Квант. электр. 1976. Т.З. С. 1215-26.

3. Ахманов G.A., Жданов Б.В., Ковригин А.И., Кузнецов В.И., Першин С.М. Импульсно периодический ПГС, перестраиваемый в диапазоне 0.63 - 3.4 мкм для нелинейно) спектроскопии.//Квантовая электроника. 1977. Т. 4. С. 2225-2232.

4. Ахманов С.А., Ковригин А.И., Кузнецов В.И., Першин С.М., Холодных А.И Исследование резонансных нелинейных восприимчивостей с помощьк перестраиваемого ПГС ИК днапазона.//Квантовая электроника. 1978. Т. 5. С. 189 - 192.

5. Драбович К.Н., Ковригин А.И., Синявский Н.М., Суровегин A JI. Шести- i восьмифотонные резонансные процессы в парах натрия.//Письма в ЖЭТФ. 1980. Т. 32 В. 2. С. 175-179.

6. Makarov V.A., Pershin S M., Podshivalov A.A., Zadoian R.S., Zheludev N.I. Amplitude anc polarization instability of picosecond light pulses exiting a semiconductor optical rezonator./ Opt.Lett. 1983. V.8. №11. P.557 - 559.

7. Желудев НИ., Задоян P.C., Ковригин А.И., Кузнецов В.И., Першин С.М., Подшивало! A.A. Пикосекундная поляризационная спектроскопия кристаллов.//Известия АН СССР сер.физ. 1983. Т. 47. JValO. С. 2046 -2049.

8. Ковригин А.И., Нехаенко В.А., Першин СМ., Подшивалов A.A. Двухчасготньи генератор спектрально-ограниченных перестраиваемых по частоте пикосекундны; световых импульсов./ЛГез. Всесоюзн. Конф. "Перестраиваемые по частоте лазеры" Новосибирск, 1983.

9. Дьяков Ю.Е., Игнатавичюс М.В., Искандеров H.A., Ковригин А.И., Першин С.М. Синявский Н.М. Сглаживание флуктуации интенсивности гармоник при резонансно» умножении частоты.//Квант. электр. 1983. Т. 10. С. 1481-1483.

10. Ахманов С.А., Выслоух В.А.,Мурадян Л.Х., Першин С.М., Подшивалов А.А Перестраиваемый генератор субпикосекундных световых импульсов с компрессоро> на одномодовом волоконном свеговоде.//Препринт физического факультета МГУ №17/1984. М. 1984. С. 4

11. Ковригин А.И., Нехаенко В.А., Першин С.М., Подшивалов A.A. Динамика генерацш лазеров на красителях при сннхронной накачке ограниченным цугом пикосекундны; импульсов.//Квантовая электроника. 1984. Т. 11. С. 2007-2018.

12. Kovrigin A.I., Nekhaenko V.A., Pershin S M., Podshivalov A.A. The transient regime о synchronously pumped picosecond dye lasers.// Optical and Quantum Electronics. 1985. V. 17 P. 95-100.

13. Ковригин А.И., Нехаенко В.À., Першин C.M., Подшивалов A.A. Переходные режимь генерации лазера на красителях при включении синхронной накачки.//Квант. электр 1984. Т. U.C. 2427-2431.

14. Гордиенко В.М., Вальшин A.M., Першин С.М., Платоненко В.Т. и др. Генераци перестраиваемых по частоте коротких и ультракоротких импульсов излучения ИК- i УФ-диапазонов.ЛТез. XI Всесоюзн. конф. "Оптика лазеров". Ленинград. 1984. С.95.

15. Егоров К.Н., Нехаенко В.А., Першин С М., Плешанов С.А., Подшивалов А.А., Шувалов В.В. Синхронно возбуждаемый пикосекундный лазер на красителе с дополнительным сверхтонким резонаторомУ/Квант. электр. 1986. Т. 13. С. 1169-1174.

16. Нехаенко В.А., Першин С.М., Подшивалов А.А. Перестраиваемые пикосекундные лазеры с синхронной накачкой (обзор).//Квант, электр. 1986. Т. 13. С. 453 - 481.

17. Арумов Г.П., Моисеев С.С., Першин СМ. К вопросу о лазерном дистанционном анализе элементного состава конденсированных сред.//Препринт ИКИ АН СССР. 1986. №1077.

18. Сагдеев Р.З., Прохоров А.М., Манагадзе Г.Г., Арумов Г.П., Першин С.М.. и др. Эксперимент "ЛИМА-Д" проекта "ФОБОС" : аспекты лабораторных испытаянй.У/Труды междунар. конф. 1986. Москва. ИКИ АН СССР. С. 220 -230.

19. Арумов Г.П., Бухаров А.Ю., Нехаенко В.А., Першин С М. Одночастотный АИГ.Ш -лазер с пассивной модуляцией добротностпУ/Квантовая электроника. 1987. Т. 14. С. 1366-69.

20. Асеев В.П., Арумов Г.П., Бухаров А.10., Першин С.М. Влияние модового состава пучка на форму импульса генерации АИГ - лазераУ/Тезисы докл. Всесоюзн. конф. "Оптика лазеров". Ленинград. ГОИ. 1987. С. 267.

21. Арумов Г., Бухаров А., Першин С. и др. Влияние режима облучения на поверхности на спектр свечения лазерной плазмы./ЯТисьма в ЖТФ. 1987. Т. 13. N0. 14. С. 870.

22. Арумов Г., Бухаров А., Першин С. и др. 13-кратное повышение контраста эмиссионного спектра приповерхностной лазерной плазмы.//Тезисы докл. VII Всесоюзн. конф. по взаимодействию изл. с веществом. 1988. ГОИ. Ленинград. С. 195.

23. Нехаенко В.А., Першин С.М. Нестационарный режим сжатия импульсов при синхронной накачке: предельная длительность, оптимизация, флуктуационный предел.//Тезисы докладов XIII Межд. конф. по КиНО. 1988. Минск. Ин-т физики АН БССР. С. 114.

24. Першин С.М., Подшивалов А.А., Салтиел С.М., Янков П.Д. Устройство для пассивной синхронизации мод твердотельных лазеров.//Авт. свидетельство Болгарии. №39284.

25. Арумов Г.П., Бухаров А.Ю., Нехаенко В.А, Першин С.М. Двухимпульсный АИГ:Ш-лазер с управляемой в диапазоне 20 -100 не задержкойУ/Квант. электр. 1988. Т. 15. С. 1744.

26. Акманов А.Г.. Арумов Г.П., Першин С.М, Лмалетдинов А.Г. и др. Генерация пико-, нано- и микросекундных импульсов в твердотельном лазере с электронным управлением режимом работы.//Тезисы докл. XIII Межд, конф. по КиНО. Минск. Ин-т физики АН БССР. 1988. С. 258 -259.

27. Нехаенко В.А., Першин С.М. Статистический анализ параметров пикосекундных синхронно накачиваемых лазеров.//Тезисы докл. XIII Межд. конф. по КиНО. Минск. Ин-т физики АН БССР. 1988. С. 112.

28. Лебедь А.Ю., Нехаенко В.А., Першин С М. Стабилизация параметров пикосекундных лазеров, синхронно накачиваемых коротким цугом импульсов.//ЖПС. 1988. Т. 49. №6. С. 899.

29. Бухаров А.Ю., Першин С М. Изменение параметров спектра лазерной плазмы при переходе к двухимпульсному облучению диэлектрика в воздухе.//ЖПС. 1989. Т. 51. В. 4. С. 564-571.

30. Першин С.М. Трансформация оптического спектра лазерной плазмы при двухимпульсном облучении поверхности.//Квант. электр. 1989. Т. 16. С. 325-330.

31. Першин С.М. Физический механизм подавления свечения атмосферных газов в плазме при двухимпульсном облучении поверхности.//Квант, электр. 1989. Т. 16. С. 2518-2520.

32. Бухаров А.Ю., Першин С.М. Режим двухимпульсного возбуждения лазерной плазмы в бесконтактном анализе конденсированных сред //Препринт ИКИ АН СССР. 1990. Пр-1698.

33. Бухаров А.Ю., Першин СМ., Крнвицкая Н.Н., Орлов Р.Ю. Лазерный микроспектральный анализ в безэлектродном варианте на модифицированной установке ЛМА-1.//ЖПС. 1991. Т. 54. С. 1011-1015.

34. Pershin S., Linkin V., Bukharin A., Patsaev D., Prochazka I., Hamal K. Portable nano-Joule backscatter lidar for invironmental sensing//Proc. International Conference of SPIE's. San Diego. 1992. V. 1752. P. 293.

35. Pershin S., Makarov V., Patsaev D., Kouki Т., Prochazka I. Micro-Lidar for the remote sensing of the Martian boundary layer.//Proc. of Symposium XVIII Europe Geophysical Society. Wiesbaden. 1993. part III. P. 486.

36. Pershin S., Linkin V., Bukharin A., Makarov V., Prochazka I., Kuznetsov V. Compact eye-safe Lidar for environmental media monitoring.// SPIE's Special issue "Optical Monitoring of the Environment". 1993. V. 2107. P. 336-362.

37. Бухарин A.B., Першин С.М. Теоретическое рассмотрение лидара обратного рассеяния с безопасным для глаз уровнем излучения.//Оптика атмосферы и океана. 1994, Т. 7. N. 4. С.521.

38. Pershin S. A new generation of the portable backscatter Lidar with eye-safe energy level for environmental sensing.//Proc. of International Symposium "Aerospace Sensing". SPIE's. Orlando. 1994. V. 2222.

39. Першин С М., Линкин B.M., Бухарин А.В., Макаров B.C. Калибровка аэрозольного лидара с квантовым счетчиком для обнаружения атмосферных неоднородностей.// Оптика атмосферы и океана. 1994, Т. 7. N. 4. С. 538 - 547.

40. Бутусов О.Б., Першин С.М., Бухарин А.В., Баранов А.А. Оперативное прогнозирование распространения аэрозольных облаков при аварийных выбросах в условиях городской среды или сложного рельефа. Теория. Лидарный натурный эксперимент.// Препринт ИКИ РАН. Пр-1911. 1994. 48 с.

41. Pershin S. Trouble-free compact lidar for in/outdoor atmosphere monitoring.//Proc. of SPIE's Europto Symposium. Munich. 1995. V. 2506.

12. Pershin S., Bukharin A., Gollib V. et al. A compact 500g Lidar lor the Mars Surveyor ! .ancicr-98. //Proc. of the XX Europe Geophysical Society Symposium. EGS-96. Hague. 1996. V. 14. part III. Planetary Science. P. 829.

13. Pershin S., Butusov O., Bukharin A.'Computer and Lidar aided monitoring of industrial sources of aerosol-polluted zones in city.//Proc. of SPlE's Europto Symposium. Munich. 1995. V.2506.

14. Pershin S.M. On Enchancing the Contrast of the Spectral Lines in a Plasma Exited on a Metal target by Doubled Nd:YAG Laser Pulses.//Bu!letin of the Russian Academy of Sciences. Physics of Vibrations (BRAS). 1996. V. 60. N. 3. P. 164-167.

55. Pershin S., Bukharin A., Voliak K., Nunes R. and Corvalho I. Detection and Mapping of Oil Slicks by a Compact Diode Lidar.// Proc. of Fourth Intern. Conf. on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments. Orlando. Florida. 1997. V. 1. P. 399-404.

16. Bunkin A. and Pershin S., Nunes R, Scavarda do Carmo L.C. Compact Lidar for Remote Sensing of water Pollution // Proc. of Intern. Symp. of Water Pollution IV Remote Sensing Technique. Ed. by Rajar R.&Brebbia C.A. Boston. USA. Slovenia. 1997. P. 402-408.

47. Bunkin A.F., Pershin S.M., Kolesnikov M.P. and Sadovnikova L.K. Laser Fluorescence Analysis as a remote Method for Soil Organic Matter Study. //Proc. of Intern. Symp. on Refractory Organic Substances in the Environment (ROSE). Karlsruhe. Germany. Oct. 1997. P. 87-88.

48. Bunkin A.F. and Pershin S.M. Temperature anomalies of liquid water stretching vibrations Raman band envelope.// Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics of Vibrations (BRAS). 1997. V. 61. N. 3. P. 158-163.

49. Першин C.M. Обоснование температурного сдвига и скачков центра огибающей О-Н полосы спонтанного КР в воде, обнаруженных при лпдарном зондировании.// Препринт ИКИ РАН. 1997. №.1976. 27 с.

50. Bunkin A.F. and Pershin S.M. Versatile compact lidar for remote characterization of natural water, soil, and vegetation.//Bulletin of the Russian Academy of Sciences.Physics of Vibrations (BRAS). 1997. V.6!. N. 3. P. 164-174.

Цитируемая литература.

1. Чехлов О.В., Запорожченко В.А. Лазерная система для спектроскопии на основе пикосекундного лазера на красителе с комбинированной обратной связью.//ЖПС, 1998. Т.65. С. 47-55.

2. Гладков С.М., Желтиков A.M., Коротеев Н И., Колева И.С., Федотов А.Б. Кинетика населенности возбужденных ионов в разлетающейся лазерной плазме. //Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15. В. 13. С. 24-29.

Ротапринт ИКИ РАН

055(02)2

_Москва, 117810, Профсоюзная, 84/32_

Подписано к печати 13.03.98

Заказ 1620 Формат 70x108/32 Тираж 120 1,1уч.-изд,л.

л..

я

ф)

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

институт косШ^Ёс'к^ШсйЁ^оёАНий

у А

4-.ма правах рукописи 621.375,8^6: 528.8: 520.626

ПЕРШИН СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ГЕНЕРАЦИЯ ПИКО- И НАНОСЕКУНДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СПЕКТРОСКОПИИ И ЗОНДИРОВАНИИ

Специальность 01.04.21 - лазерная физика

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОСКВА, 1998

Посвящается светлой памяти моих учителей

в экспериментальной лазерной физике и нелинейной оптике

АХМАНОВУ СЕРГЕЮ АЛЕКСАНДРОВИЧУ,

КОВРИГИНУ АЛЕКСАНДРУ ИВАНОВИЧУ.

содержание

введение

оьщля характеристика рльоты.....................................................................................12

Цель диссертационной работы...............................................................................................13

Содержание и основные результаты.....................................................................................21

Глава 1. новые режимы генерации нано- и никосекундных импульсов в лазерах на стекле и аиг с неодимом

§1.1 Введение..........................................................................................................................31

§1.2 Генерация сдвоенных импульсов в АИГ:Ш3+ -лазере с управляемым в

диапазоне 20-100 не интервалом...................................................................................32

§1.3 Теория и численный эксперимент.................................................................................33

§1.4. Физический эксперимент..............................................................................................39

§1.5 Генерация цугов наносекундных импульсов с

интервалом 20-40 мке.....................................................................................................42

§1.6 Генерация пикосекундных импульсов с пассивной синхронизацией мод

в неодимовом лазере с повышенной интеграцией элементов резонатора.................44

§1.7 Генерация высокочастотных серий цугов пикосекундных импульсов

с частотой повторения до 60 кГц в пачке, длительностью до 200 мке......*...............53

§1.8 Прямая генерация укороченных цугов пикосекундных импульсов.............................56

Выводы....................................................................................................................................60

Глава 2. генерация перестраиваемых в диапазоне 0.63 - 3.,4 мкм импульсов в пгс, нагруженном на вкр-геиератор

Введение..................................................................................................................................62

§2.1 Конкуренция ВКР и параметрического усиления в ПГС на кристалле

йодата лития..................................................................................................................63

п. 2.1.1 Уравнения ПГС, нагруженного на ВКР-генератор..............................................63

§2.2 Квазистатическое приближение. Порог ВКР и эффект ограничения к.п.д.

параметрического генератора света..............................................................................66

п. 2.2.1 Эффективный ВКР-генератор.................................................................................68

§2.3 Нестационарный режим. Укороченные динамические уравнения для

связанных амплитуд полей...........................................................................................69

§2.4 Когерентное возбуждение существенно неравновесных оптических

фононов в кристалле йодата лития..............................................................................73

§2.5 Экспериментальная установка......................................................................................75

п. 2.5.1 Спектральные характеристики излучения ПГС с ВКР-генератором....................76

п. 2.5.2 Энергетические характеристики излучения ПГС и ВКР компонент....................80

п. 2.5.3 Оптимизация выходных параметров ПГС.............................................................82

§2.6 Применение ПГС для изучения дисперсии кубической резонансной

восри и мч и вости..............................................................................................................85

§ 2.7 Выводы...........................................................................................................................90

Глава 3. генерация иикосекундных спектрально-ограниченных импульсов в лазерах, синхронно накачиваемых коротким цугом импульсов и их сжатие по длительности

Введение.................................................................................................................................91

§3.1 Особенности четырехуровневой модели нестационарного

режима генерации синхронно накачиваемого лазера.................................................92

§3.2 Предельные длительности импульсов генерации при

синхронной накачке.....................................................................................................97

§3.3 Численный анализ лазера с синхронной накачкой цугом импульсов......................98

§3.4. Стабилизация параметров пикосекундных лазеров на красителях,

синхронно накачиваемых коротким цугом импульсов............................................102

п.3.4.1 Стабилизация параметров синхронно накачиваемого лазера

со сверхтонким резонатором................................................................................103

п.3.4.2 Стабилизация параметров СНЛК с просветляющимся поглотителем................107

§3.5 Экспериментальное исследование генерации спектрально-ограниченных импульсов в лазерах на красителях с синхронной накачкой ограниченным цугом пикосекундных импульсов твердотельных лазеров..........................................108

п.3.5.1 Режим мягкого возбуждения цугом импульсов лазера на КНФС........................110

п.3.5.2 Режим жесткого возбуждения СНЛК с дополнительным

сверхтонким резонатором.....................................................................................114

§3.6 Генератор перестраиваемых субпикосекундных импульсов с компрессором

на одномодовом волоконном световоде......................................................................118

п.3.6.1 Компрессор на основе одномодового волоконного световода.

Оптимизация и настройка......................................................................................120

п.3.6.2 Усилители на красителях, система накачки усилителей,

усиление субпикосекундных импульсов................................................................125

п.3.6.3 Измерение длительности субпикосекундных импульсов.....................................127

Выводы...................................................................................................................................131

Глава 4. двухимиульсное возбуждение приповерхностной лазерной плазмы для повышения контраста спектральных линий элементов мишени

при дистанционном зондировании.

Введение.........................................,.......................................................................................132

§4.1 Факторы, ограничивающие чувствительность дистанционного анализа

по эмиссионным спектрам лазерной плазмы при наличии атмосферы.....................133

§4.2 Трансформация спектра свечения лазерной плазмы при ее возбуждении

сдвоенными импульсами. Экспериментальные результаты.....................................141

п. 4.2.1 Схема экспериментальной установки..................................................................141

п. 4.2.2 Трансформация спектра свечения лазерной плазмы при ее возбуждении

сдвоенными импульсами.................................................;...................................144

§4.3. Влияние геометрии облучения на спектр свечения плазменного факела.................149

§4.4 Пространственно-временное перераспределение ионов в факеле лазерной

плазмы при переходе к двухимпульсному облучению поверхности в воздухе...................................................................................................................................155

п. 4.4.1. Временные характеристики излучения лазерной плазмы.................................160

§4.5 Изменение температурного профиля в поле второго лазерного импульса...............163

§4.6 Нелинейное повышение энерговклада в мишень от второго импульса....................168

§4.7 Физический механизм повышения контраста спектра свечения лазерной "

плазмы при ее возбуждении сдвоенными импульсами..............................................170

§4.8 Аналитические возможности лазерного микроспектрального анализа с

двухимпульсным воздействием на мишень................................................................172

п. 4.8.1 Чувствительность метода......................................................................................173

п.4.8.2 Предел обнаружения.............................................................................................176

п.4.8.3 Дистанционное обнаружение микропримесей в мишени.....................................179

п. 4.8.4. Применение в технологических процессах..........................................................180

Выводы...................................................................................................................................182

Глава 5. температурные аномалии огибающей контура полосы кр

валентных о-н колебаний в жидкой воде, обнаруженные при дистанционном зондировании.

Введение................................................................................................................................184

§5.1 Универсальный компактный Nd:YAG лидар для экспрессного

контроля состояния природных вод, почв и растительности...................................185

§5.2 Фундаментальный температурный сдвиг статистического центра

полосы спонтанного КР валентных О-Н колебаний в воде...................................188

§5.3 Температурные аномалии огибающей контура спонтанного КР

валентных О-Н колебаний в жидкой воде..................................................................194

§5.4 Физическая модель линейного температурного сдвига центра огибающей

полосы 3450см"1 спонтанного КР на валентных О-Н колебаниях в воде..................198

§5.5 Спектроскопические проявления аномалий О-Н полосы КР в области

температур экстремальных значений макроскопических параметров воды.............203

§5.6 Дистанционное детектирование нагрева воды в фокальной области

лазерного пучка при изменении частоты следования импульсов...............................211

§5.7 Дистанционное зондирование конденсированных сред

флюоресцентным лидаром. Натурный эксперимент................................................214

Выводы...................................................................................................................................218

Глава 6. зондирование атмосферы и поверхности длинным цугом

лазерных импульсов с предельно малым уровнем излучения.

Введение.................................................................................................................................220

§6.1 Безопасный для глаз уровень излучения. Предельно допустимая экспозиция.........221

§6.2 Формирование сигнала л и дара обратного рассеяния с квантовым

счетчиком в качестве приемника.................................................................................224

«Г

§6.3 Компактный лидар обратного рассеяния на импульсном диодном лазере

и квантовом счетчике...................................................................................................233

§6.4 Примеры зондирования................................................................................................235

п.6.4.1 Зондирование облаков и аэрозольных шлейфов...................................................236

п.6.4.2 Детектирование оптических неоднородностей атмосферы

на ограниченных трассах до 4 ООО м......................................................................239

п.6.4.3 Лидарный мониторинг водной поверхности по изменению

рассеивающих свойств............................................................................................243

§6.5 Бортовой миниатюрный лидар для зондирования атмосферы

Марса с посадочного модуля "Mars Surveyor Lander- 98"...........................................245

Выводы...................................................................................................................................249

заключение.......................................................................................................................250

литература..........................................................................................................................253

Введение

Решение задачи эволюции лазерных импульсов, теоретическое и экспериментальное изучение процесса их формирования в лазерах различных типов занимает значительное место в лазерной физике, как научном направлении.

С момента создания лазеров идет непрерывный поиск новых схем резонаторов и режимов генерации с целью повышения эффективности, стабильности и управления параметрами излучения, а также разработка лазеров с новыми активными средами и на новых частотах. Особое место здесь занимает поиск оптимальных решений для удовлетворения требованиям, предъявляемым к лазерным системам, используемым в натурных экспериментах и в космических исследованиях. Определяющими из них являются минимизация числа элементов и интегрального параметра габариты*масса*энергопогребленне при сохранении высокой надежности и эффективности.

Во многих случаях удачное решение в выборе среды и конфигурации задающего лазера позволяло сделать существенный рывок в экспериментальных исследованиях и обнаружить новые явления. Разработка лазеров на титане с сапфиром, которые заметно потеснили лазеры на растворах органических красителей и сделали более доступным генерацию фемтосекундных импульсов в режиме самосинхронизации мод, является здесь одним из таких примеров. Применение новых подходов к модификации режима генерации и резонатора уже известных лазеров также открывают новые возможности оптимизации их параметров на основе базовых, физических принципов генерации лазерных импульсов, сформулированных и суммированных во многих монографиях, например, [1-9], обзорах и диссертациях [10-12].

Так, нам удалось экспериментально обнаружить и впервые исследовать эволюцию двух импульсов в одном АИГ-лазере с пассивным модулятором добротности на поперечных модах аксиальной симметрии [13]. Такой пространственный спектр излучения в АИГ-лазере ранее не наблюдался, хотя его существование в резонаторе следовало из аналитических решений в теории оптических резонаторов [5]. В другом случае, на основе известных результатов по генерации пикосекундных импульсов в лазерах с пассивной сгшхронизацией мод [8, 14, 15], включая пионерские работы по флуктуационной теории [16, 17], нам удалось найти оригинальные решения и модифицировать {йзойатор пикосе^ндного неодимового лазера [18]. Существенно его упростив с цельк) повышения стабильности параметров импульсов мы получили

устойчивую генерацию цугов пикосекундных импульсов, с которыми детально исследовали процесс генерации в лазерах на красителях, синхронно накачиваемых коротким цугом с гауссовой огибающей. Здесь более, чем 100-кратный начальный выигрыш в пиковой мощности импульсов по сравнению с лазерами с непрерывной накачкой [12], являлся заманчивой перспективой сохранить его и в лазерах с синхронной накачкой при высоком оптическом качестве импульсов последних для последующего сжатия [10].

Такой же интенсивный поиск идет и в области нелинейно-оптических преобразователей излучения лазеров в другие частотные диапазоны как с дискретной (см. например, цикл работ Грасюка по преобразователям на вынужденном комбинационном рассеянии (ВКР) в жидком азоте и сжатом водороде [19]), так и с непрерывной перестройкой частоты методами нелинейной оптики для различных применений. В самой первой монографии Ахманова и Хохлова в 1964г. [20] по нелинейной оптике суммированы результаты первых теоретических и экспериментальных работ по преобразователям частоты лазерного излучения, сформулированы проблемы и предположения о новых нелинейно-оптических эффектах и явлениях, которые были выявлены и изучены во многих последующих работах [21-24], а некоторые из них, например, диапазонная стабилизация частоты при параметрическом преобразовании, являются предметом современных исследований [23]. я

Следует отметить, что среди нелинейно-оптических методов преобразования частоты - генераторы суммарных и разностных частот, а также параметрический генератор света (ПГС), теоретические основы которого были сформулированы и развиты Ахмановым и Хохловым [20], занимают особое место как конверторы частоты излучения лазеров с рекордно-широким диапазоном непрерывной перестройки на одном нелинейно-оптическом элементе. С момента получения генерации в первых параметрических генераторах света у нас (см. Ахманов, Ковригин, Пискарскас, Фадеев и Хохлов. [25]) и за рубежом [26] (см. также обзоры [27- 32]), ПГС всегда находился в области пристального изучения как самостоятельный объект с анализом ограничивающих факторов [23], и как источник перестраиваемог о излучения для лазерной спектроскопии [24], лазерной химии [30] и лидарного зондирования [32,33] (см.спец.выпуск по ПГС [31]).

Так, с его помощью были проведены первые эксперименты по четырехфотонной активной спектроскопии комбинационного рассеяния света (см. Ахманов, Коротеев и Холодных [34, 35]), открывшие в СССР новое направление в нелинейной лазерной

спектроскопии. Также впервые, но с использованием ПГС ИК-диапазона, нами экспериментально была исследована дисперсия кубической восприимчивости в области однофотонных резонансов ИК-переходов молекул по схеме активной четырехфотонной амплитудной спектроскопии гиперкомбинационного рассеяния (АСГКР) [36], получившей дальнейшее развитие в поляризационной нелинейной спектроскопии АСГКР [37-39]. Освоение новых нелинейно-оптических кристаллов позволило достичь высокой, до 90%, эффективности преобразования в параметрическом генераторе света [40], получить генерацию перестраиваемых по частоте фемтосекундных импульсов [27] и вновь привлечь к ПГС повышенный интерес (см. специальный выпуск [31]) как к реальным конверторам излучения лазеров, особенно в ближний и средний ИК-диапазоны.

К другим, наиболее ярким результатам лазерной физики и нелинейной оптики, полученным в последние годы, несомненно следует отнести разработку методов генерации и формирования фемтосекундных световых импульсов, под огибающей которых укладывается всего лишь несколько периодов световых колебаний [10]. Одним из слагаемых стремительного продвижения в область фемтосекундных импульсов несомненно было развитие методов генерации высококачественных спектрально-ограниченных пикосекундных импульсов в синхронно накачиваемых лазерах с последующим их сжатием в волоконно-оптических компрессорах [12, 41].

Мы исследовали различные типы лазеров [19, 42, 43] и нелинейно-оптические преобразователи их частоты [44-49]. Исключительно высокая точность результатов эксперимента и измерений [49] позволил�