Кинетические, спектральные и пороговые характеристики перестраиваемых лазеров с сосредоточенной и распределенной обратной связью тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

ШЮРУ

Рс^&ЮГО Чшк 1 7 СЕН

ьррруссшй ОРДЕНА ТРУДОВОГО

МЕ11И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Ж А Р И X И Н А Люцыила Петраппа

КИНЕТИЧЕСКИЕ, СПЕКТРАЛЬНЫЕ И ПОРОГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫХ ЛАЗЕРОВ С СОСРЕДОТОЧЕННОЙ И РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

01.0-4.21 - лазерная физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

\

Минск - 1993

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Научные руководители - доктор физико-математических паук,

профессор КУЦЛК Л.А.

- кандидат физико-математических нпу! КОГОДЫЮВ М.В.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

ЕФВДИЕВ Т.Ш.

- кандидат физико-математических нау]

часов на заседании специализированного совета К 056.03.0-1. по присуждению.ученой степени кандидата наук в Белорусском государственном университете (220050, Минск, пр-т Ф.'Зорины,'

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

УРБАНОВИЧ A.M. Ведущая организация - ЦКБ "Пеленг"

Защита состоится » » ¿Sc^icJi^Xji' 1993 г. в

Ученый секретарь специализированного совета кандидат *из.-мат.наук

ЧАЛЕй' Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших задач квантовой эле-троннки является создание высокоэффективных"перестраиваемых ла-ерных источников света с узкой спектральной линией излучения, акие лазеры находят свое применение в различных областях науки техники и позволяют решать задачи в этих областях на более лсоком научном уровне. Для этой цели могут быть использованы азерн на электронно-колебательных переходах, обладающие широкой элосой люминесценции и позволяющие осуществлять перестройку пины волны генерации во всей видимой области.

К началу исследований (1986 год) достаточно хорошо были эучены перестраиваемые лазеры видимого и ультрафиолетового ди-тзонов на растворах органических красителей, кристаллах с цен-' >ами окраски, органических кристаллах, лазеры на кристаллах, тшированных ионами переходных металлов, оксимернне лазеры и

Наши' исследования касаются лишь двух классов лазеров: 1зеров на растворах органических красителей и лазеров на крис-ллах, активированных ионами переходных металлов.

Лазеры на растворах органических красителей, являясь исто-чески первыми лазерами на электронно-колебательных переходах, учены достаточно хорошо. В них реализованы различные режимы нерации и накачки, получены импульсы различной длительности лоть до фемтосекунд. Использование кольцевых резонаторов в ларах на растворах органических красителей позволило улучшить которые энергетические и спектральные характеристики генери-емого излучения. В таких резонаторах реализуется высокая одно-[хность поперечного сечения генерируемого пучка, а режим бегу-3 волны позволяет осуществить практически полный съем энергии, гасенной в резонаторе.

Сужение линии генерации в таких лазерах молено осуществить либо используя в нем селективные элементы, либо поменял саму конструкцию кольцевого резонатора.

Генерация в лазерах На кристаллах, активированных ионами перехопных металлов, впервые получена в начале 00-х годов. Эти лазеры по ряду причин вызвали огромный интерес и, в частности, возможности на одном и том же кристалле осуществить перестройку длины волны генерации практически во всем видимом диапазоне. В настоящее время в лазерах на активированных кристаллах (АК) осуществлены импульсный, непрерывный и квазинепрернвний режимм генерации.

На кристаллах, активированных ионами переходных металлов, предложены также лазеры с распределенной обратной связью. В отличие от лазеров с зеркальным резонатором в РОС-лазерах обрати; связь и преимущественное усиление различных типов волн обусловлены резонансным брэгговским рассеянием этих волн на периопиче< кой структуре, сформированной либо в объеме активной среды, лш на ее границе. Эти лазеры отличаются конструктивной простотой, компактностью, возможностью плавной перестройки узкой линии генерации в широком спектральном диапазоне без селектирующих уст ройств. Спектральные исследования АК выявили в них наличие про странственно-периодических структур (ППС) или слоев роста (СР) показателя преломления.и (или) концентрации активатора, котори при рассеянии падающего на кристалл пробного сигнала или в ппо цсссе генерации проявляются как решетки показателя преломления и (или) инверсной населенности.-Такие АК со СР можно рассматри вать.как новый тип РОС-лазеров.

Теоретические исследования кинетических, спектральных и пороговых характеристик кольцевых лазеров на растворах органических красителей и лазеров на АК сводятся к анализу процессов

распространения встречных волн в опноропной среде, а РОС-лазероп на ЛК со Ср - в среде с промодулировашыми параметра)«!. Такие исследования актуальны как .для понимания физических процессов, протекающих в таких лазерах, так и для оптимизации их параметров.

Цель исследования и постановка задач. Целью работы является:

- исследование кинетических и спектральных характеристик лазеров на растворах органических красителей и активированных кристаллах в линейных и кольцевых резонаторах;

- диагностика пространственно-периодических структур (ППС) или слоев роста (СР) показателя преломления и (или) концентрации активатора, образующихся в процессе роста АК и играющих при генерации или рассеянии роль решеток показателя преломления и (или) инверсной населенности;

- анализ спектрально-пороговых характеристик РОС-лазеров на АК со СР;

- анализ нелинейной нестационарной теории .генерации "ОС-лазерои на АК и получение практических рекомендаций по генерации таких лазеров.

Научная новизна полученных результатов отображена в защищаемых положениях. На защиту выносятся:

- результаты теоретического исследования режима генерации

в лазерах на растворах органических красителей в кольцевом анти-резоналеном резонаторе;

- результаты теоретического анализа влияния селективного олем-.-нта на кинетические и спектральные характеристики излучения, генерируемого кристаллом , в линейном резонаторе;

- результаты аналитического и численного исследования спектрально-пороговых характеристик лазеров на АК с РОС на СР показателя преломления и концентрации активатора, формируемых в пгопессе госта кристаллов;

- диагностика пространственно-периодических структур показателя преломления и концентрации активатора, обусловленных СР, на основе селективности обратного брэгговского рассеяния пробного сигнала;

- численное моделирование генерации УКИ в лазерах на ЛК со СР и ее особенности, обусловленные РОС.

Практическая значимость работы. Полученные качественные выводы и количественные оценки представляют интерес с практической точки зрения, поскольку открывают новые возможности для управления кинетическими и .спектральными характеристиками генерации в кольцевых и линейных резонаторах, а также для создания новых типов РОС~лазеров на ЛК со СР, генерирующих УКИ, которые с успехом могут быть использованы в различных областях науки и техники. С теоретической точки зрения эти результаты важны для понимания физических процессов и закономерностей, возникающих как в кольцевых лазерах на растворах органических красителей, так и в РОС-лазерах на АК со СР.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- Ш-ей Всесоюзной конференции по пикосекунднбй технике (Ереван, 1988 год); •

- XIII Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988 год);

- У Международной конференции "Перестраиваемые по частоте лазеры" (Иркутск, 1989 год);

- II Всесоюзной школе по ресту кристаллов (Ужгород, 1990

.год);

- УШ Межрегиональном совещании "Кристаллические оптически материалы" (Москва, 19Э2 год);

- ХУШ Международной конференции по квантовой электронике I0.ec '92 (Вена, 1992);

- ХП1 Международной конференции по лазерам и электрооптике С ¿¿'О >93 (Балтимор, .1993);

- Кон1еренции "Оптика лазеров-93" (Санкт-Петербург, 1993).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 5

глав, введения и заключения. Иллюстрационный материал включает 44 рисунка, 4 таблицы, библиография - 175 наименований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано II научных работ, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора. Весь включенный в диссертацию материал отражает личный вклад автора в выполненных исследованиях. Научные руководители: доктор физико-математических наук профессор Куцак A.A. и кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник Корольков Ы.В. определили направление исследований, участвовали в постановке задач и в обсуждении полученных результатов. В обсуждении результатов и проведении расчетов на ЭВМ участвовали также и другие соавторы.

4 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели исследования, приведено краткое содержание и изложены защищаемые положения диссертации.

Пеовая глава посвящена исследованию лазеров на растворах органических красителей в кольцевых резонаторах.

В § I.I приводится обзор литературы по лазерам на растворах органических красителей в кольцевых резонаторах. Согласно литературным данным в большинстве случаев в таких лазерах осуществляется режим однонаправленной генерации, при котором практически вся энергия сосредоточена в одной из двух встречных волн.

В 5 1.2 исследовались кинетические и спектральные характеристики лазеров на растворах органических красителей в кольцевом антирезонансном резонаторе. Как известно, для получения узкополосной генерации в цепь обратной связи цополнительнс; помещают селектор. В традиционных кольцевых резонаторах конкуренция волн, проходящих через цепь обратной связи и волн, замыкаемых внутри .кольцевой части резонатора, медленно нарастает во времени, что имеет принципиальное "значение для импульсных лазеров, когда время формирования узкополосной генерации соизмеримо с длительностью накачки. Мы предлагаем другой способ повышения эффективности цепи обратной связи за счет пепольвования кольцевого антирезонансного -резонатора. Кольцевой антирезонансный резонатор отличается от традиционного тем, что одно из возвратных зеркал повернуто по отношению к обычному расположению зеркал на 90°. Обратная связь в таком резонаторе с одной стороны.для каждой из волн является отрицательной, так как препятствует изменению ее интенсивности, с другой стороны между волнами существует положительная связь, что приводит к их взаимной поддержке и обеспечивает устойчивое сосуществование. Для расчета процесса генерации в кольцевом антирезонансном резонаторе мы использовали спектрально-модовый под -ход, когда поле внутри резонатора описывается суперпозицией по -лей отдельных мод, бегущих в противоположных направлениях. Кроме того соотношение времен релаксации населенности, поляризации и длительности накачки позволяет использовать в этом случае сосредоточенную модель активной среды.

В результате решения задачи-установлено, что в предлагаемом кольцевом антирезонансном резонаторе осуществляется устойчивый режим двунаправленной генерации, а линии генерации по сравнении) с .традиционными линейными и кольцевыми резонаторами значительно . уже (соответственно в 3 и 7 раз).

Во втопой главе приводятся результаты теоретического анализа процесса генерации в лазере на ^^ ^ :7с3* с линейным резонатором, а также рассмотрено влияние на характеристики генерируемого'" излучения селективного элемента.

§ 2.1 посвящен обзору литературы по лазерам на активированных кристаллах и, в частности, лазеру на : 71 3* . В нем содержится информация о режимах и длительностях накачки и генерации лазеров на ЛК, достигнутых к настоящему времени значениях энергии и if.fi.п. генерации, а также областях перестройки. В обзоре теоретических работ по генерации лазеров на АК указываются некоторые методы решения теоретических задач, основанные на использовании сосредоточенной и распределенной модели активного пе^оснза, а также приводятся различные схемы энергетических рабочих уровней.

В $ 2.2 пгш ведены уравнения для медленных амплитуд полей генерации и инверсной населенности для трех- и .четырехуровневых моделей,, полученные из волнового уравнения и уравнений для диагональных элементов матрицы плотности и описывающие процесс генерации кристалла 03 - в линейном резонаторе.

В $ 2.3 на основании полученных уравнений для распределенной модели активного вещества проведено исследование процесса генерации кристалла : 71 ** в линейном резонаторе при по-

перечной накачке гауссовой временной формы. Полученные при этом длительности импульсов генерации и времена задержки импульсов генерации относительно импульса накачки при различном превышении накачки над порогом хорошо согласуется с экспериментальными результатами. Кроме того в этом же параграфе приведены результаты решеш-я задачи сужения спектра генерируемого излучения в случае, когда иоле внутри резонатора описано в пространственно-временном Г'-едетаилении. Применен оригинальный способ учета влияния на ге-

нерационные характеристики селективного элемента, заменяющего выходное зеркало. Этот способ заключается в преобразовании функции пропускания селектора из частотного представления, в котором ее невозможно записать при указанном выше представлении поля внутри резонатора, во временное представление путем преобразования Фурье. Увеличение полосы пропускания селектора во временном , представлении (что соответствует уменьшению ее в частотном представлении) приводит к сужению спектра генерируемого излучения. В предельном случае в спектре генерируемого излучения может остаться лишь одна мода, ширина которой уже соответствующей моды в отсутствии селектируемого элемента.

Спектроскопические исследования АК выделили наличие в них пространственно-периодических слоев (ППС) или слоев роста (СР) показателя преломления и (или) концентрации активатора, которые 'возникают в кристаллах в результате целенаправленной модуляции концентрации активатора, вводимого в кристалл в процессе его роста. Лазеры со СР показателя преломления и (или) концентрации активатора можно рассматривать как новый тип лазеров с распределенной обратной связью (РОС-лазеров), в котором СР выполняют функции селективного распределенного резонатора. Это позволяет объединить в кристаллах основные элементы лазера: активную среду, селективный резонатор, модулятор добротности и открывает широкие перспективы использования их в оптоэлектронике и интегральной оптике. •

Третья глава диссертации посвящена диагностике процессов рассеяния, протекающих в АК на 6Р показателя преломления и кон. центрации активатора.

В § 3.1 приведен обзор литературы, по лазерам с распределенной обратной связью. Теоретические исследования процессов гене-■ рации в РОС-лазерах основываются на теории распространения ге -

нерируемого излучения в периодически промодулированной среде. Для анализа процессов генерации в первых теоретических работах использовалась линейная теория, основанная на модели связанных волн. Основным параметром.данной теории является коэффициент связи встречных волн . В более поздних работах использовались линейная и нелинейная стационарная и нестационарная теории.

В § 3.2 получены укороченные уравнения для медленных амплитуд полей рассеяния или генерации в АК со СР и цепочка связанных обыкновенных дифференциальных уравнений для инверсной населенности активной среды. Эффективное рассеяние встречных волн на СР показателя преломления и (или) концентрации активатора происходит лить в том случае, если их волновые вектора Л удовлетворяют условию брэгговского резонанса М-го порядка: , М -

порядок рассеяния, ф волновой вектор решеткиЛ .

Процессы, приводящие к РОС М-го порядка, могут иметь ступенчатый характер. Тогда коэффициент усиления и связи оцределяются в общем вице суммой слагаемых, величина.которых соответствует каждому из процессов ступенчатой дифракции. Для кристалла •' Уг3* с

приведенными параметрами основной вклад в РОС М-го порядка вносит процесс прямой дифракции на М-ой пространственной решетке. Для этого процесса получены выражения коэффициентов связи при

различных профилях пространственной модуляции показателя преломления.

На основании анализа спектра генерации показано, что по нему можно определить основной период СР, если генерируемые длины волн, удовлетворяющие условию брэгговского резонанса, попадают в полосу усиления и имеют достаточно большую амплитуду соответствующих решеток.

5 3.3 посвящен диагностике процессов обратного брэгговского рассеяния пробного сигнала в нестационарном нелинейном режиме.

В процессе падения на кристалл пробного сигнала или излучения накачки возникают определенные трудности в идентификации типа решеток, на которых происходит рассеяние, и определении вкладов в распрепеленную обратную связь, вознлкагацую в таких кристаллах при распространении в них волн с волновыми векторами, удовлетворяющими условию Брэгга. Информация, полученная путем анализа функций пропускания Т7 и отражения & АК, позволяет судить об эффективности РОС, возникающей в АК, что необходимо в свою очередь для оптимизации параметров РОС-лазеров на АК со СР. Отметим, что коэффициент связи, обусловленных рассеянием встречных волн на решетках инверсной населенности, отличен от нуля, когда на кристалл падает излучение накачки. Поэтому, используя два импульса (сигнальный и накачки) и варьируя время задержки между ними мы можем менять величину вклада РОС на решетках инверсной

населенности в общую добротность резонатора. При этом эффективность РОС на решетках показателя преломления будет изменяться

незначительно, если интенсивность накачки ниже пороговой, приводящей к самовозбуждению лазера с РОС.

Диагностика процессов рассеяния в нелинейном нестационарном режиме проводилась на основании численного решения системы уравнений в частных производных для амплитуд полей рассеяния встречных волн и уравнения для поля накачки, а также обыкновенных дифференциальных уравнений для 0-ой и 1-ой гармоник инверсной населенности. Падающий пробный сигнал имел длительность ¿¿с (-нормированное на % время пробега излучения по кристаллу). В результате исследования установлено, что процессы рассеяния, про текающИе на решетках показателя преломления, качественно отличаются от процессов рассеяния, протекающих на решетках инверсной населенности. Это позволяет разделить величины вкладов РОС на рьшетках показателя преломления и инверсной населенности в величину коэффициента связи ^

§ 3.4 посвящен исследованию нестационарного линейного обратного брэгговского рассеяния пробного сигнала. В таком приближении для некоторых видов падающего на кристалл сигнала получены аналитические выражения для функций отражения /£ и пропускания Т7 и проведено их' сравнение с результатами численного счета. Показано совпадение этих результатов в случае брэгговской отстройки <¡1 Р О и различие при =0 . Это объясняется большей эффективностью ОБР на частоте брэгговского резонанса. Для получения правильного результата требуется учет высших порпдов теории возмущений по полям отраженного и падающего сигналов.

§ 3.5 посвящен исследованию обратного брэгговского рассеяния в линейном стационарном режиме. Это исследование аналитически проводилось в ряде .случаев, представляющих собой пракшчес-кий интерес. Так, например, в случае точного брэгговского резонанса ( ¿¿=0) показано, что при Л/ величина функции отражения дает возможность определить значение коэффициента связи

В этом приближении ¿5 ~ ^ . Кроме того проводился и численный анализ Аункций отражения Л и пропускания 7* .• Отметим, что функции пропускания и отроения имеют квазипериодический характер осцилляции по . При ¡¿¡1 / ^/у5 / функция пропускания стремится в отсутствии потерь ) к своему предельному значению 'Г -* / , а функция отражения £ ~*0 . При /й1 существует область элективного отражения^ определяемая величиной коэффициента связи. Наличие потерь в кристалле приводит к уменьшению величины функции отражения, функция пропускания возрастает до значения, определяемого уровнем потерь в кристалле. Проведены такие исследования поведения функции отражения Л и пропускания Т от /¡1 при наличии и отсутствии зеркал на торцах кристалла. Экспериментально разделить эти вклады в РОС довольно затруднительно, хотя теоретические зависимости функций _ отражения к пропускания в отсутствии и наличии зеркал различны.

- 13 -

Отметим также, что цля четырехуровневой модели активной среды с РОС на решетке инверсной населенности функция пропускания больше единицы уже при малом значении накачки, что свидетельствует о низком пороге возбуждения такого РОС-лазера (например, для лазера на кристалле концентрацией активных

центров /Уа ~ З'Ю19 см-3 и длиной I - 4 см МВт/см2^.

Глава четвертая посвящена исследованию спектрально-пороговых *

характеристик РОС-лазеров на АК со Ср. Знание величин пороговых ' характеристик усиления и спектра собственных частот (нормированных отстроек от частоты брэгговского резонанса) позволяют определить оптимальные размеры АК, концентрацию активных центров, а также соответствующие величины пороговых плотностей накачки.

В § 4.1 проведено исследование спектрально-пороговых характеристик лазера с РОС на СР показателя преломления при отсутст -вии зеркал. Условия самовозбуждения лазера определяют связь параметров активной среды и излучения накачки, при которых амплитуды волн на выходе из среды неограниченно возрастают. В зави -симости от величины коэффициента связи в окрестности брэгговской частоты возбуждается одна или несколько мод РОС-лазера. Пороговые коэффициенты усиления и собственные частоты 'для этих мод были рассчитаны численно и аналитически. Для малых коэффициентов связи при /¿3/ < результаты аналитического и численного счета совпадают. Кроме того для малых коэффициентов связи пороговый коэффициент усиления практически пропорционален & /^в/ , то есть изменение ^ на порядок приводит к возрастанию всего в несколько раз. Этим и объясняется высокая эффективность РОС высших порядков (для кристалла ^ ■'7'с'3* порядок дифракции может изменяться в пределах от 30 до 500). Для больших коэффициентов связи самовозбуждение РОС-лазера достигается при сравнительно малых коэффициентах усиления, а величины брэгговских от-

строек стремятся к величине коэффициента связи ¿8 . Аналитические и численные результаты исследования пороговых характеристик совпадают при ? ¿0 . ч

В § 4.2 приведено исследование влияния на спектрально-пороговых характеристики РОС-лазера со СР показателя преломления сосредоточенной обратной связи (СОС). Показано, что спектрально-пороговые характеристики лазеров с одним или двумя внешними зеркалами в зависимости от соотношения величин СОС и РОС могут быть двух типов. При большей эффективности РОС спектрально-пороговые характеристики имеют кольцеобразную форму, что означает высокую пороговую избирательность РОС-лазера на АК со СР показателя преломления. С уменьиением эффективности РОС (например, с увеличением отстройки ^ ) кольцеобразные кривые терпят разрыв, то есть происходит срыв генерации данной моды.

§ 4.3 посвящен исследованию спектрально-пороговых характеристик РОС-лазера со СР концентрации активатора. Показано, что для такого РОС-лазера так же, как и в случае РОС-лазера со СР на решетке показателя преломления,спектрально-пороговые характеристики могут быть двух типов, и их поведение в этом случае такое же, как для лазера с РОС на решетке показателя преломления. Кроме того наличие "глухого" зеркала снижает в лазере со СР концентрации активатора порог генерации нулевой моды в 2 раза.

Глава 5 посвящена исследованию процесса генерации в РОС-лазерах на АК со СР показателя преломления и концентрации активатора при различной геометрии накачки.

§ 5.1 посвящен теоретическим исследованиям процесса генерации в РОС-лазере на кристалле '^г'^при поперечной накачке. Эти исследования проводились на основании решения системы нелинейных дифференциальных уравнений для полей генерации и обыкновенных дифференциальных уравнений для 0-вой и 1-ой гармоник инверсной населенности. Рассмотрены условия, при которых импульс

генерации РОС-лазера на АК со СР показателя преломления и концентрации активатора представляет собой цуг импульсов, длительность которых значительно короче импульсов накачки. Такое существенное (более чем в 20 раз) сокращение импульса генерации обусловлено модуляцией инверсной населенности среды полем генерации. При этом наиболее существенна модуляция амплитуды нулевой гармоники инверсной населенности, имеющей для обоих типов решеток (инверсной населенности и показателя преломления) аналогичный характер поведения. Поведение 1-ой гармоники инверсной населенности одинаково на концах и в центре кристалла для решетки инверсной населенности, и находится в противогазе для решетки показателя преломления. Показано, что при определенных условиях может генерироваться один мощный субнаносекундный импульс генерации. Кроме того установлено, что по-зависимостям энергии генерации от энергии накачки возможно определение числа пичков в импульсе генерации. Увеличение числа пичков в импульсе генерации приводит к изменению производной / .

В S 5.2 рассматривались процессы генерации в РОС-лазере на АК при продольной накачке. Показано, что учет направления распространения накачки при ее продольном падении на кристалл приводит к асимметрии РОС-, что проявляется в генерационных характеристиках РОС-лазера. Исследована возникающая асимметрия в энергии и форме попутного и встречного к накачке импульсов генерации. ' .

В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертации.

Основные результаты и выводы, полученные в диссертации

1. На основании сосредоточенной модели активной среды теоретически обосновано получение устойчивого режима двунаправленной генерации в кольцевом антирезонанснон резонаторе. Предложе-

на система уравнений, описывают,ая процесс генерации в этом резонаторе, проведено численное моделирование и оптимизация па -раметров такого режима генерации.

2. Пч основании распределенной модели активной среды проведено численное моделирование процесса генерации лазера на кристалле 03 : Тс 3* в линейном резонаторе. Применительно к этой палаче использован оригинальный метод влияния селективного элемента на кинетические и спектральные характеристики генерируемого излучения, основанный на переходе из частотного во временное представление. Полученные теоретические зависимости задержки импульса генерации и его длительности хорошо согласуются с экспериментальными.

3. Исследована возможность диагностики CP показателя преломления и концентрации активатора на основании селективности обратного брэгговского рассеяния (ОБР) пробного сигнала. Показано, что в линейном стационарном режиме возможно определение величины коэффициента связи, а в нелинейном нестационарном режиме - разделение величины вкладов в РОС процессов, протекающих на пространственных решетках показателя преломления и концентрации активатора.

4. Получены укороченные уравнения и пороговые условия генерации для РОС-лазера на АК со CP показателя преломления и концентрации активатора, формируемых в процессе роста кристалла.

Определены пороговые коэффициенты усиления величины брэгговских отстроек с РОС-лаэеров на АК со СР. Установлено влияние СОС на спектрально-пороговые характеристики таких лазеров. Показано, что спектрально-пороговые характеристики РОС-лазеров на АК со Сп могут быть двух типов в зависимости от соотношения величин СОС и '"'ОС. Если °0С является более эффективней, чем СОС, то спектрально-пороговые характеристики имеют кольцеобразную форму, если же наоборот, то кольцевые кривые

- 17 -

терпят разрыв. В первом случае изменение фазы на зеркале с "малым" коэффициентом отражения приводит к существенному изменению порогового коэффициента усиления при сравнительно небольшом смещении собственных частот. Во втором случае собственные частоты существенно меняются при незначительном изменении порогового коэффициента усиления.

5. Показано, что импульс генерации РОС-лазера на АК со СР показателя преломления и концентрации активатора представляет собой цуг субнаносекундных импульсов при наносекундной накачке. Число импульсов в цуге определяется как величиной накачки, так й частотной отстройкой, причем при определенных условиях может генерироваться один мощный наносекундный импульс. Число пичков в импульсе генерации можно определить по зависимости энергии генерации от энергии накачки. По спектру генерации лазера с РОС на решетках показателя преломления и концентрации активатора можно определить основной период СР, если генерируемые длины волн попадают в полосу усиления и имеют достаточно большую амплитуду соответствующих решеток, удовлетворяющих условию брэг-говского резонанса.

6, Проанализировано влияние эффектов поглощения и распространения накачки вдоль кристалла. Исследована возникающая вследствие этого асимметрия в энергии и форме попутного и встречного к накачке импульсов генерации. Проведен анализ влияния величины и знака брэгговской расстройки, определяемой периодом СР. Показано, что можно выделить три характерных режима генерации в зависимости-от величины отстройки, причем временная огибающая .импульсов существенно зависит от знака отстройки, в то время как их энергия от него практически не зависит. Установлены оптимальные условия генерации РОС-лазера при различных величинах брэгговских отстроек, зависящих от уровня превышения

порога генерации и типа решеток, на которых формируется РОС.

Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в работах:

1. Перестраиваемый лазер на конденсированных средах с кольцевым антирезонансным' резонатором ЛЧС.Круглик, A.A.ltynait, Г.А. Скришсо, В.Р.Сендер, Н.В.Кондратюк, Л.П.Жарихина //Журн. прикл.спектроскопии. - 1987. - Т.46, № 5. - С.727-732.

2. Применение кольцевого лазера для измерения коэффициента усиления активной среды /А.А.Куцак, Г.А.Скрипко, Л.П.Жарихина, Н.В.Кондратюк У/Приборостроение. - 1987. - № 9. -

С.80-85.

3. FOC-лазеры на активированных кристаллах с периодическими макроструктурами /А.А.Афанасьев, М.В.Корольков, Л.П.Жарихина и др. //Журн.прикл.спектроскопии. - 1989. - T.5I, № 7. - С.22-26.

4. Корольков М.В., Жарихина Л.П. Спектрально-пороговые характеристики лазеров на активированных кристаллах с распределенной обратной связью. - Минск, 1989. - 27 с. (Препринт/ Ш АН БССР: !>"' 535.

5. Генерация УКИ в лазере на кристалле 03 : 71 3* с РОС на пространственно-периодических структурах /А.А.Афанасьев, М.В.Корольков, Л.П.Жарихина и др. //Тез.докл. ХШ Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике, Минск, 8-Ю сентября 1988. - Минск, 1988. - Т.4. - С.53-54.

6. Генерация УКИ в лазере на кристалле Új ■ РОС на пространственно-периодических структурах /Т.В.Веремеенко, Л.П.Жарихина, М.В.Корольков, Г.А.Скрипко //Материалы УШ Межотраслевого научно-технического совещания "Кристаллические оптические материалы", Москва, 5-7 мая 1992. - Москва,, 1992. - 0.86-88.

7. Korol'kov U.V., Veremcenko T.V., iVhurikliinu L.P. Ulti'aaliorL pulse Generation Ъу dietiú^uted fuedbuck cryataln // In international conf ei'ence 011 Quantum ülectronico 'хЧ-оЫй-cal Uigeat Serien. -1992. - V.S. - P. 340-3-12.

8. Генерация УКИ в РОС-лазерах на активированных кристаллах Л120^с пространственно-периодическими структурами М.В.Корольков, Л.П.Жарихина, Г.А.Скрипко и пр. //Материалы

У Международной конференции "Перестраиваемые по частоте ла- • оеры", Иркутск, 21-23 сентября 1989. - Иркутск, Í99I. -С.20-25.

9. Pulse Generation Ъу a DFB AlgOy/ii"3"1 láser / U.V.llorol'kov, G.A.Skripko, 'Ü.V.Veremeenko, L.P.ZhürikUiun // In conforonco on luser and Elelctro-i-Opticc, OSA Veclmicnl i<i;;eüt Serien, -1993. - V.II. - P.442-443.

Ю. Корольков M.B., Жарихина Л.Г1. Диагностика пространствепно-периоцических структур на основе обратного брогговского рассеяния пробного сигнала. - Минск, Í992. - 27 с. (Препринт/ И1- АН РБ: .V 664).

II. Корольков М.В., Веремеенко Т.В., Жарихина Л.П. Генерация УКИ в РОС-лазерах на кристаллах с пространственно-периодическими структура;/,». //Тезисы докладов конференции "Оптика лазеров-93", Санкт-Петербург, 21-25 июня 1993. - Санкт-Петербург, 1993. - Т.2. - С.434.