Кулоновское уширение нелинейных спектральных резонансов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Бабин Сергей Алексеевич

КУЛОНОВСКОЕ УШИРЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ РЕЗОНАНСОВ

01.04.05 "Оптика"

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук

Новосибирск — 2003

Работа выполнена в Институте автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Багрянский Петр Андреевич доктор физико-математических наук Скворцов Михаил Николаевич доктор физико-математических наук Чаповский Павел Львович

Ведущая организация: Институт физики имени Л.В. Кирен-

ского СО РАН

Защита состоится 2003 г. в /О часов на заседа-

нии диссертационного совета Д 003.005.01 при Институте автоматики и электрометрии СО РАН, 630090 Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института автоматики и электрометрии СО РАН.

Автореферат разослан 2003 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

к.ф.-м.н. Кольченко А.П.

'5?2

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В последнее время наряду с обычной генерацией активно развиваются методы преобразования частоты лазерного излучения на основе генерации гармоник, вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР), четырехволнового смешения, параметрической генерации, генерации суперконтинуума [1-4]. В результате становится возможным получение практически произвольной длины волны излучения из ограниченного набора исходных лазерных источников. При этом резонансное и когерентное преобразование света намного эффективней, причем нежелательное поглощение света в резонансных условиях может быть значительно ослаблено за счет эффекта электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП), что позволяет применить разработанные методы не только для импульсного, но и для относительно маломощного непрерывного лазерного излучения, см. напр. [5,6].

Как генерация, так и преобразование лазерного излучения - это процесс взаимодействия сильного светового поля с веществом. При рассмотрении этой проблемы обычно разделяют процессы распространения электромагнитных волн в среде, их взаимодействия между собой, которые изучает нелинейная оптика [7], и процессы резонансного взаимодействия поля с квантовой системой, имеющей внутренние состояния, и соответственно резкие спектральные зависимости коэффициентов поглощения/усиления и нелинейной восприимчивости вблизи резонансных частот, которые изучает нелинейная (лазерпая) спектроскопия [8-10].

При резонансном взаимодействии частота волны ш близка к боровской частоте штп перехода между какими-либо квантовыми состояниями тп и п частиц среды с населенностью Ыт и Ип (условно показана кружками), Рис.1а. Классификация основных эффектов нелинейной спектроскопии обычно проводится в рамках теории возмущений по сильному полю [9]. Сильная резонансная электромагнитная волна вызывает следующие изменения в квантовой системе:

• выравнивание населенностей уровней и соответственно насыщение поглощения/усиления (эффект насыщения);

• расщепление уровней под действием электрического поля световой волпы (эффект полевого расщепления);

• интерференцию состояний из-за их перемешивания резонансным полем (нелинейный интерференционный эффект - НИЭФ).

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА 3 СПетербург л .

09 Ш5шк£>/4 ,

т

(О

О Г_/*+Дт>

Рис. 1.

Vт V

В оптическом диапазоне спектра тепловое движение частиц в газе приводит к значительному уширению спектральных линий из-за эффекта Доплера. В этих условиях нелинейные эффекты позволяют формировать узкие резонансные структуры на фоне широкого доплеровско-го контура линии - т.н. нелинейные спектральные резонансы, которые несут информацию о характеристиках отдельного атома (дитгольпый момент, константы релаксации), а также его взаимодействии с окружением (внешние поля, столкновения). Наиболее известным примером нелинейного резонанса является провал Лэмба, наблюдаемый в частотной зависимости мощности генерации газовых лазеров [11]. Резонанс обусловлен эффектом насыщения, который приводит к выравниванию населенно-стей уровней на резонансных скоростях и формированию неравновесных структур в распределении населенностей уровней по скоростям, называемых провалами (пиками) Беннета [12,13], Рис.16. В модели релаксационных констант ширина провалов Беннета в распределении населенностей и провала Лэмба в частотной зависимости мощности лазера характеризуется однородной шириной линии Гт„ ~ (Гт + Г„)/2, а для учета столкновений обычно бывает достаточным соответствующим образом скорректировать релаксационные константы Гт1„ и Гтп .

Перспектива примепепия методов нелинейной спектроскопии в плазменных исследованиях, в частности для ее диагностики, не вызывала сомнений еще в конце 70-х годов, однако многообразие и сложность процессов, происходящих в плазме, требовали детальной теоретической и экспериментальной проработки этого вопроса. Одной из паиболее важных особенностей нелинейной спектроскопии плазмы по сравнению со спектроскопией газов незаряженных частиц является наличие кулонов-ского взаимодействия. Кулоновское ион-ионное рассеяние приводит к характерному изменению скорости иона Дг^- за время жизни Г^"1 уровня ] = тп,п и моделью релаксационных констант не описывается. В работе [14] было показано, что для описания кулоновского рассеяния в

низкотемпературной плазме применима модель диффузии в пространстве скоростей с коэффициентом диффузии, не зависящим от скорости (т.н. модель "слабых столкновений") [15]. В этой модели величина уши-рения резонанса зависит от концентрации йонов N нелинейно.

Наиболее подходящим объектом экспериментальной проверки эффекта является низкотемпературная плазма непрерывных лазеров на ионах благородных газов, которая характеризуется как высокой степенью ионизации, так и наибольшей среди непрерывных лазеров видимого и УФ диапазонов мощностью генерируемого излучения [16,17]. Это позволяет проводить в ней исследования различных нелинейно-спектроскопических явлений. Однако даже механизм уширения самого простого нелинейного резонанса - провала Лэмба - до середины 80-х годов был не ясен (в качестве альтернативной гипотезы рассматривалось штарковское уширение). Основной причиной неопределенности являлось отсутствие надежных данных по диагностике плазмы при многообразии процессов, происходящих в плазме. Детальный анализ, включающий наряду с измерениями формы провала Лэмба независимую диагностику параметров плазмы и измерения констант релаксации уровней в одних и тех же условиях, позволил сделать вывод о преимущественно ку-лоновской природе уширения провала Лэмба в аргоновом лазере [18,19]. При этом стало ясно, что среди других пслипсйпо-споктроскопичсских эффектов в плазме, рассмотренных в теории [20] (влияпие па иоппые спектры электрических и магнитных полей, плазменных колебаний и взаимодействия иопов через плазменные волпы), уширепие из-за куло-новского рассеяния, или "кулоновское уширение", является самым сильным и должно проявляться не только в уширении провала Лэмба, но и изменении формы других нелинейных резонансов: как более сложных резонансов насыщения, так и резонансов, обусловленных НИЭФ и эффектом полевого расщепления, в частности, ЭИП, и связанных с ними эффектами в 2-х и 3-уровпсвых системах. Эти вопросы требовали постановки целенаправленных экспериментов.

Цель работы, исходя из вышесказанного, состояла в исследовании влияния кулоновского рассеяния на нелинейные спектральные резонан-сы, индуцированные эффектами разной физической природы (эффектом насыщения, нелинейным интерференционным эффектом и эффектом полевого расщеплепия) различными методами (генерация, спонтанное испускание, спектр пробного поля, ВКР). Полученные знания об основных механизмах предполагалось применить для реализации эффективного преобразования частоты в А-схеме комбинационного ион-

. ного лазера и наблюдения эффекта ЭИП в плазме, а разработанные экспериментальные методы - развить и применить для систем с близкими параметрами, в частности, для молекулярного натрия. Решение поставленной задачи включало следующие этапы:

1. Сравнение величины уширения провала Лэмба на разных линиях криптонового и аргонового ионных лазеров. Исследование влияния кулоновского рассеяния на мощность одночастотной генерации ионных лазеров.

2. Исследование кулоновского уширения резонансов насыщения методом пробного поля: а) спектр спонтанного испускания с лазерного уровня; б) резонанс в спектре поглощения, соответствующий провалу Беннета на метастабильном уровне.

3. Реализация антистоксова комбинационного лазера в Л-схеме со стартовым метастабильным уровнем, и исследование влияния ку-лоновских столкновений на его генерационные характеристики, сравнение схем с различными параметрами уровней.

4. Наблюдение и исследование формы резонансов, индуцированных НИЭФ и эффектом полевого расщепления, в присутствие кулоновского рассеяния в У- и Л-схеме. Исследование влияния высших пространственные гармоник на полевое расщепление в поле сильной стоячей волны.

5. Реализация комбинационной генерации и четырехволнового смешения в Парах Иаг с накачкой одночастотным аргоновым лазером. Исследование формы нелинейных спектральных резонансов в двойной Л- и ЛГ- схеме молекулярного натрия: наблюдение эффектов полевого расщепления, индуцированных двумя сильными полями.

Новизна работы: Полученные в диссертации экспериментальные результаты позволили сформировать достаточно полную картину влияния кулоновского рассеяния на нелинейные спектральные резонансы, индуцированных эффектами разной физической природы. В результате установлены основные закономерности и описано новое явление - кулонов-ское уширение нелинейных резонансов в ионных спектрах, которое из гипотезы превратилось в общефизическую составляющую нелинейпой

спектроскопии плазмы. При этом впервые экспериментально исследованы новые эффекты (кулоповскос уширспис резонансов, обусловленных эффектом полевого расщепления и НИЭФ, гигантское кулоновское уширение резонансов насыщения), обнаружены новые нелинейные ре-зопапсы (рсзопапспый пик генерации комбинационного ионного лазера, расщепление пика электромагнитно-индуцированной прозрачности из-за высших пространственных гармоник, расщепление/слияние компонент дублета Аутлера-Таунса под действием дополнительного сильного поля), реализованы новые эффективные схемы преобразования частоты в непрерывном режиме па основе резонансного ВКР и четырехволпового смешения. Эффекты слабых столкновений были известны и для других типов лазеров: например, наблюдалась нелинейная зависимость ширины провала Лэмба от давления в СО2-лазере [21], - однако по выделенно-сти среди других процессов кулоновская диффузия в плазме ионных лазеров имеет уникальный характер.

Практическая значимость: Практическая цеппость полученных результатов определяется в первую очередь тем, что в диссертации разработаны новые эффективные методы преобразования частоты непрерывного лазерного излучения как вверх, так и вниз. Кроме того, полученные результаты важны для тех научных и практических задач, в которых проявляется плазменная специфика среды: физика и техника ионных лазеров, спектроскопия плазмы. В частности, результаты работы можно использовать для оптимизации выходных характеристик ионных лазеров на разных линиях, получения различных режимов генерации, реализации новых схем преобразования частоты, в том числе в схеме комбинационного лазера и четырехволпового смешения. На основе кулоновского уширения нелинейных резонансов могут быть развиты новые спектроскопические методы диагностики плазмы, в частности, многокомпонентной, параметры которой затруднительно измерить другими способами. В процессе выполнения работ также получены методические результаты по селекции мод и технике сильноточного разряда, которые имеют практическое значение и для других типов лазеров и активных сред. Кроме того, получена генерация на новых линиях, наибольшее практическое значение имеет мощная фиолетовая линия с длиной волны 438 нм, оптимальной для технологии фотохимического травления.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Уширспис провала Лэмба в условиях плазмы ионных лазеров определяется кулоновским ион-ионным рассеянием, которое, в отличие от альтернативных механизмов, описывает как абсолют-

ную величину уширения, так и экспериментальные зависимости от плазменных и спектроскопических параметров. Кулоповское рассеяние проявляется также в увеличении выходной мощности одно-частотных ионных лазеров.

2. Ширина нелинейного резонанса в спектре спонтанного испускания с верхнего ионного уровня, возмущенного сильным лазерным полем, больше ширины провала Лэмба в тех же условиях, в соответствий с представлениями о диффузионном механизме уширения провала Беппста в распределении паселспиости уровня по скоростям.

3. Контур провала Беннета на метастабилъном уровне, измеренный методом пробного поля, уширяется на 1-2 порядка сильнее, чем провал Беннета на относительно короткоживущих лазерных уровнях, поскольку величина кулоновского уширения растет с увеличением времени жизни уровня. Ширипа провала Бсппста в распределении населенности по скоростям может' достигать тепловой, а форма крыльев нелинейного спектрального резонанса в этих условиях становится экспоненциальной, в соответствии с. диффузионной моделью.

4. Генерация в А-схеме антистоксова комбинационного ионного лазера с накачкой лазером на красителе в присутствие кулоновской диффузии становится более эффективной. Зависимость мощности антистоксовой генерации от частоты имеет резкий пик в центре линии, чем ионная схема принципиально отличается от схемы на атомарном неоне с близкими параметрами уровней, в которой ранее наблюдался провал.

5. Контур двухфотонного резонанса, обусловленного НИЭФ, наблюдаемый в спектре вырожденной трехуровневой ^-конфигурации зеемаповского ионного лазера, в условиях сильной кулоновской диффузии уширяется незначительно, причем его ширина мало меняется в широком диапазоне параметров плазмы, а амплитуда уменьшается с ростом концентрации ионов. При этом форма резонанса отличается от лоренцевской в соответствии с моделью.

6. Нелинейный резонанс, обусловленный эффектом полевого расщепления, наблюдаемый в Л-схеме Aril с внутрирезонаторным сильным полем и стоксовьш"пробным полем, имеет характерный вид

дублета Аутлера-Таунса. Влияние кулоповских столкновений на форму дублета сводится к небольшому уширению крыльев, в соответствии с результатами численного расчета. При увеличении интенсивности сильной стоячей волны проявляются эффекты высших пространственных гармоник - в спектре пробного поля формируется новый резонанс: его амплитуда увеличивается с ростом интенсивности сильного поля и уменьшается с отстройкой частоты сильного поля от резонанса, при этом этот резонанс остается в центре липии независимо от частоты сильного поля.

7. Применение разработанных методов позволяет реализовать новые схемы преобразования частоты при резонансном четырехволно-вом смешении (ЧВС) в четырехуровневой двойной А- схеме молекулярного натрия с накачкой ионным аргоновым лазером. Из-за эффекта полевого расщепления выходная мощность ЧВС насыщается с ростом мощности каждого из двух сильных лазерных полей накачки. По сравнению с трехуровневыми системами спектр пробного поля в этом случае дополнительно расщепляется, но при близких иптенсивпостях (рабисвских частотах) сильных полей происходит слияние расщепленных компонент в спектре и устраняется насыщение мощности.

Апробация работы. Результаты были доложены на 33 конференциях: XXVI (София, 1989), XXVII (Берген, 1991) и XXVIII (Йорк, 1993) Международный спектроскопический коллоквиум CSI, XIX (Белград, 1989) и XX (Пиза, 1991) Международная конференция по явлениям в иопизо-ваипых газах ICPIG, 2-й Симпозиум по лазерной спектроскопии (Печ, 1989), VI Всесоюзная конференция "Оптика лазеров" (Ленинград, 1990), Международный симпозиум "Плазменные и лазерно-стимулированные процессы в микроэлектронике" (Ростов Великий, 1990), X и XI Международная Вавиловская конференция но нелинейной оптике (Новосибирск, 1990, 1997), 8-й (Мадрид, 1990), 9-й (Ираклиоп, 1992) и 10-й (Фридрихсхафеп, 1994) Международный симпозиум по газопотоковым и химическим лазерам GCL, X (Остин, 1990), XII (Торонто, 1994), XIII (Флоренция, 1996) и XV (Берлин, 2000) Международная конференция по спектральным линиям SLS, Конференция по коротковолновым лазерам (Сан-Диего, 1991), XIV (Ленинград, 1991) и XVI (Москва, 1998) Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике, Конференция по квантовой электронике и лазерной науке CLEO/QELS'92 (Анахайм, 1992), VII, VIII, IX и X Международная конференция "Оптика

лазеров " (С.-Петербург, 1993, 1995, 1998, 2000), Европейская конференция по лазерам и электрооптике - Европейская конференция по квантовой электронике CLEO/Europe-EQEC (Амстердам, 1994; Гамбург, 1996; Глазго, 1998), 60-й Симпозиум физиков Немецкого физического общества (Йена, 1996), 28-я конференция Европейской группы по атомной спектроскопии EGAS (Грац, 1996), Европейская конференция по лазерам и электрооптике - Международная конференция по квантовой электронике CLEO/Europe-IQEC (Ницца, 2000), VII Международная конференция "Лазерные и лазерно-информациопные технологии" (Владимир-Суздаль, 2001), Международная конференция по квантовой элсктропи-ке - Конференция по лазерам, применениям и технологиям IQEC/LAT (Москва, 2002). Результаты также докладывались па семинарах Института автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирского и Московского университетов, ФИАН им. Лебедева РАН, Института квантовой оптики Ганноверского университета (г.Гапповср, Германия), Дзилипско-го университета (г.Чапчупь, КНР).

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, в котором сформулированы защищаемые положения, шести глав с изложением материала диссертации и заключения, в котором перечислены основные результаты. Общий объем диссертации составляет 269 страниц и включает 53 рисунка и список литературы из 256 наименований.

Содержание работы

Во Введении описано современное состояние физики лазеров, нелинейной оптики и нелинейной спектроскопии, а также проанализирован уровень развития нелинейной спектроскопии плазмы на момент начала работ. Далее обсуждается актуальпость темы диссертации, сформулированы цели и этапы диссертационный работы, кратко описана постановка основных экспериментов. В конце приведено краткое содержание диссертации и сформулированы защищаемые положения.

Материал диссертации разбит на шесть глав, первая из которых является методической, а остальные пять глав посвящены изложению материала исследований в соответствии с этапами работы.

В первой главе представлены экспериментальная техника и методы, разработанные специально для решения задач нелинейной спектроскопии плазмы. В §1 описана сильноточная техника, рассмотрены эффекты электрофореза и вытеснения газа при большой степени ионизации, см.

напр. [16], приводящие к продольной неоднородности параметров плазмы, и описан реализованный в работе способ получения однородного разряда на основе принудительной продольной прокачки газа. В §2 рассмотрены методы диагностики плазмы и приведены результаты измерений концентраций и температур частиц в сильноионизованной многокомпонентной плазме ионных лазеров. Детально описан прецизионный метод измерения электронной концентрации Л'е на основе нелинейного дисперсионного интерферометра [22]. Достигнутая чувствительность дЫе ~ 5 х 1012 см"3 позволила измерить электронную концентрацию в условиях генерации ионных лазеров с точностью несколько процентов. Примсрпо с такой же точностью определялась ионная температура - но спектрам спонтанного испускания или поглощения, записываемого с помощью перестраиваемого лазера на красителях.

Для получения нелинейных резонансов разных типов и исследования их кулоновского уширения необходимо было реализовать одноча-стотную перестраиваемую генерацию повышенной мощности на многих ионных линиях. Для этого решалась задача эффективной модовой селекции в ионных лазерах с увеличенным диаметром разрядного канала с1=5-7 мм, который оптимален для одновременной реализации большой мощности, высокой степени ионизации разряда и однородности параметров плазмы. В §3 описаны результаты применения выпукло-вогнутого резонатора (ВВР) для селекции поперечных мод на разных линиях ионов аргона и криптона. Полученная эффективность селекции (до 85% по отношению к мощности мпогомодового излучения) оказалась в 1,5-2 раза выше, чем для применявшихся ранее многозеркальных телескопических резонаторов, см. [17] и цитируемую там литературу. Применение ВВР особенно эффективно для слабых линий: новой фиолетовой линии Аг11 с длиной волны 438 нм (соответствующей слаборазрешенному квартет-дублетному переходу 4р4£3/2 ~ 4в2Р3/2 с коэффициентом усиления ~ 1%/м), УФ линий АгШ, красных и фиолетовых линий КгП и КгШ. В §4 рассмотрена возможность селекции продольных мод с помощью эталона Фабри-Перо, помещенного в ВВР. Предложенная схема позволила получить одночастотную генерацию без наклона эталона и тем самым повысить эффективность селекции продольных мод до уровня ~70 %. В ряде экспериментов для селекции использовалась поглощающая металлическая пленка [23]. При исследовании нелазерпых переходов применялся перестраиваемый одночастотпый лазер на красителях [24], в котором также использовалась металлическая пленка.

В результате проведенной методической работы, с одной стороны,

был создан объект исследований - плазма разряда, отличающаяся высокой степенью однородности и большой концентрацией заряженных частиц (в определенных условиях и двухзарядных ионов), развиты методы диагностики, позволяющее точно определить параметры плазмы, необходимые для количественного сравнения эксперимента с теорией куло-новского уширения, и созданы эффективные одночастотные перестраиваемые лазеры, позволяющие исследовать нелинейные спектральные ре-зонансы как на лазерных линиях (в т.ч. слабых) одно- и двухзарядных ионов аргона и криптона, так и на нелазерных линиях, как в двухуровневых, так и в многоуровневых системах.

Вторая глава посвящена изложению основ теории кулоновского уширения нелинейных резонансов и результатов экспериментального исследования его влияния на генерацию одночастотных ионных лазеров. В §5 выписаны уравнения для матрицы плотности и, следуя работе [14|, показано, что кулоновское рассеяние может быть оиисано диффузионным уравнением фоккер-планковского типа для распределения населенности по скоростям, определена область применимости диффузионного приближения [15], приведены результаты расчета формы резонансов насыщения (провалов Бсппста и Лэмба) в присутствие кулоповской диффузии в рамках теории возмущений.

Характер диффузионного уширения легко понять, рассмотрев распределение населенности на лазерных уровнях по проекциям скорости и на направление волнового вектора к. Монохроматическая световая волна образует на фоне максвеллова распределения (с шириной Ут) пик для нижнего уровпя и провал Бсппста для верхнего уровня с шириной Гтп/&, см- Рис. 16. Диффузия в пространстве скоростей стремится нивелировать неравновесность, вследствие чего резонансная структура уширяется. Характерное изменение скорости частицы за время жизни уровня ~ \fDTj = у/ТТ/Г] = то, п) приводит к уширению резонанса в спектре на величину где £> = ип^,/2 - коэффициент диффу-

зии в пространстве скоростей. Выражение для диффузионной ширины (полуширины на полувысоте) провала Беннета имеет вид:

] = то, п.

(1)

где

V - эффективная частота ион-ионных столкновений, г/у = у'2Тг/М

тепловая скорость, Ze, М - заряд и масса активных ионов, N - эффективная концентрация возмущающих иопов (с зарядом 2'), А - кулонов-ский логарифм. Даже если эффективная частота столкновений и мала по сравнению с константой релаксации уровня Г/, отношение диффу-зиоппой ширины к однородной k&Vj/Tmn может быть большим за счет большого доплеровского фактора кут/Гтп 1.

Лазерные переходы иопов аргопа и криптопа характеризуются следующими соотношениями констант релаксации, см. напр. [16]:

где индексом "о" отмечены радиационные константы релаксации, а индексом "в" - добавки из-за неупругих (тушение) и упругих (штарковское уширепие) столкновений с электронами. Оценка относительной величины кулоповского уширепия провала Бсппста при конкретных параметрах ионных лазеров (3) для долгоживущего верхнего уровня даст большую величину 7т — кАут/Гтп ~ 3, а для короткоживущего нижнего уровня упгарение относительно мало 7„ = кА'оп/Гт„ < 1, причем из-за большой скорости распада вклад нижнего уровня в коэффициент усиления также мал и по амплитуде. При этом отпоситсльпос уширепие 7т специфическим образом зависит от параметров плазмы, сорта иона и констант релаксации перехода.

В §6 проведен анализ выполненных экспериментов по уширению провала Лэмба в аргоновом лазере в сравнении с результатами теории, в частности проанализирована зависимость величины уширения провала Лэмба от концентрации и заряда иона, констант релаксации перехода с учетом вклада нижнего уровня, рассмотрена возможность диагностики ионных компонент разной кратности по кулоновскому уширению, описаны первые измерения формы провала Лэмба в одночастотном криптоновом лазере. Анализ показал, что в режиме однократной ионизации (Ne ~ N ~ М{) зависимость величины уширения от концентрации насыщается быстрее, чем по корневому закону (1) из-за значительного вклада неупругих столкновений в константу релаксации верхнего уровня Г®, = КтЫе. Кроме того, с ростом концентрации возрастает вклад нижнего уровня, что приводит к эффективному сужению провала Лэмба, в результате в экспериментальном диапазоне изменения концентрации (0,7 2,3) • 1014см~3 относительная величина уширения провала

Г* ~ Г® ~ Г° < Г°.

и — ^ л >

и « Гт < Г„ ^ « Ьт;

(3)

Лэмба растет незначительно: от 1,5 до 2 раз по отношению к однородной ширине (для сильной липии Aril с длиной волны 488 им). В этих условиях особое значение приобретает сравнение величины уширения на

Таблица 1. Спектроскопические параметры исследуемых линий: константа радиационной релаксации вернего уровня Г^, естественная ширина перехода 2Г"Ш; величины электроппого туптения Г"п — KmNe, штарковского 2Г®,„ = 2 SeNe и кулопооского Г с уширения провала Лэмба при JV, = 2 х 1014 см-3 (для Аг11,Ш) и 4 х 1014 см-3 (для KrII), соответствующие полной ширине на полувысоте в [МГц].

ион Aril АгШ KrII

(Z-1) (Z=2) (Z=l)

А [нм] 488,0 501,7 351,1 363,8 676,4

К 1МГц] 17 20 40 40 18

2Г° mn 460 300 740 620 400

KmNe 20 20 40 40 40

2SeNe 80 80 100 100 150

Гс, теор. 450 540 1100 1100 300

Гс,эксп. 400 500 1300 1600 380

линиях с разными константами релаксации, ионах разного сорта (заряда и массы). Данные сравнительного анализа представлены в Таблице 1. Здесь же приведены теоретические значения Гс си рассчи-

танные непосредственно по измеренным значениям параметров плазмы. Для линий Aril экспериментальные и теоретические значения хорошо согласуются между собой, для линий KrII и АгШ наблюдается заметное превышение экспериментальных значений над расчетными. Это отклонение обусловлено вкладом двукратных ионов. Поскольку величина N2 входит в (2) с большим весовым множителем наличие даже 10%

двукратной компоненты увеличивает значение эффективной концентрации ионов в 1,2 раза при той же концентрации электронов. Независимые измерения концентрации двухзарядных ионов в аргоне дали оценку N2/N1 > 0, Г на Пброге УФ генерации. Вклад двухзарядных ионов также существенен и для линии KrII из-за меньшего потенциала ионизации криптона.

В §7 рассмотрено влияние кулоновского рассеяния на выходную мощность лазера. Поскольку мощность генерации определяется площадью провалов Беннета в распределении разности населенностей рабочих уровней по скоростям [8,9|, уширение за счет кулоновского рассеяния должно приводить и к увеличению мощности. Показано, что для линий аргонового лазера увеличение мощности из-за кулоновского рассеяния

достигает 2-4 раза, а зависимость мощности от превышения над порогом является линейной вплоть до значений безразмерного параметра насыщения х ~ 7т > 1. При дальнейшем увеличении параметра насыщения полевое и кулоновское уширение становятся сравнимыми по величине, при этом они складываются неаддитивно в соответствии с теорией [18]. Получеппыс даппые использованы для оптимизации мощности* одпоча-стотной генерации на разных линиях ионов аргона и криптона.

В третьей главе описаны результаты исследований кулоновского угаирения резонансов насыщения методом пробного поля.

В §8 описана постановка и результаты эксперимента по наблюдению нелинейного резо- ^ ^ нанса в спектре спонтанного испускания с лазерного уровня. В присутствие лазерной генерации с длиной волны А=488 нм на переходе тп-п (Ар1 И?— 4л'2/3/2); наблюдался спектр спонтанного испускания на линии с длиной волны А/1=423 нм, соответствующей смежному перехо- Рис- 2-

ду тп-1 (4р2Г>5у2 — 454р3/2)5 см. Рис.2. С помощью сканирующего интерферометра Фабри-Перо и метода синхронного детектирования регистрировалась нелинейная добавка в спектре. Измеренные значения ширины резонанса находились в интервале 2,0-2,8 ГГц в широкой области изменения параметров плазмы. Величина уширспия составила 7т—3~4 раза по отношению к невозмущенной ширине 2Гтпки/к ~ 660 МГц. Сравнивая эту величину с величиной уширения провала Лэмба на линии 488 нм, составляющей примерно (7т + 1)/2—1,5 2 раза, можно сделать вывод о природе столкновений - это упругое рассеяние с изменением скорости, для которого характерно такое соотношение. Небольшое различие значений 7т, измеренных по спектру спонтанного испускания и контуру провала Лэмба, обусловлено вкладом нижнего уровня при формировании провала Лэмба.

В §9 описаны измерения населенностей и констант релаксации мета-стабильных уровней по резонансному поглощению излучения лазера на красителях и кривой насыщения поглощения соответственно, проведен анализ распределения населенностей в зависимости от энергии уровня. Показано, что в плазме метастабильные уровни испытывают релаксацию за счет неупругих столкновений с электронами, получены точные значения констант релаксации и их зависимость от электронной концентрации, позволившие устранить имевшиеся в литературе противоречия в гипотезах о механизме и в значениях констант релаксации [25,26]. Несмот-

ря на электронное тушение, характерное время жизни "метастабилей" (30-50 не) достаточно велико по сравнению с лазерными уровнями, и становится возможным наблюдение "гигантского" кулоновского уширения за счет того, что диффузия за время жизни уровня успевает привести к сильному распльгвапию перавповеспости. В эксперименте со встречными сильной и пробной волнами от одного лазера па красителе (§10), перестраиваемого вблизи резонанса с переходом 3¿' 2От¡-¿(п) — 2-/^/2(то) из метастабильного в верхнее лазерное состояние с длиной волны 617 нм, схема на вставке Рис. 3, обнаружено уширение в 100 раз по отношению к однородной ширине перехода. При таком большом уши'рении форма резонанса насыщения, обусловленная провалом Бсппета в распределении населенности метастабильного уровня по скоростям, приобретает вид заостренной экспоненты в соответствии с теорией диффузионного уширения [14,27]:

П) * ехр , Ап = (4)

О, ГГц

Рис. 3. Контур нелинейного резонанса Р в зависимости от отстройки частоты П = и> — шт„ — --П,,: экспериментальные точки и расчет по формуле (4) с подгоночным параметром Д„ = 2,2 ± 0,2 ГГц. Аналогичная форма резонанса насыщения наблюдалась в аргоновом разряде с полым катодом [26], однако авторы связали эффект с ион-атомными столкновениями с перезарядкой. Отметим, что ширина провала Бсппета в распределении по скоростям достигает тепловой (см. вставку на Рис. 3), т.е. практически вся населенность метастабильного уровня может быть переведена на верхний уровень, что позволяет

получить эффективную генерацию на смежном переходе в схеме комбинационного лазера.

Четвертая' глава посвящена реализации антистоксова комбинационного ионного лазера в Л-схеме со стартовым метастабильным уровнем, экспериментальному исследованию влияния кулоновских столкновений на его генерационные характеристики и сравнению схем с различными параметрами уровней. В §11 описаны эксперименты по получению генерации антистоксова комбинационного лазера в пяти различных А-схемах, в которых красное излучение накачки лазера на красителе преобразуется в синее или фиолетовое аналогично работе [28]. Аналогия со схемой [28] состоит в том, что в качестве промежуточного и конечного уровней (верхнего и нижнего уровня комбипациоцпого лазера) использовались уровни лазерных переходов 4р(4р') - 4s(3d) с короткоживущим конечным уровнем, а отличие - в наших схемах в качестве стартового использовались 3dи 3dуровни, не имеющие радиационного распада, т.е. действительно метастабильные (их распад обусловлен только исупругими столкновениями с электронами). Соответственно, была получена большая, чем в [28], эффективность преобразования, достигающая 60%. Для данной схемы проведен анализ влияния кулоновской диффузии на выходную мощность, показано что столкновения приводят к увеличению мощности примерно в 3 раза в соответствии с увеличением коэффициента поглощения излучения накачки на переходе из метастабильного уровня. Кроме того, обнаружено насыщение мощности комбинационной генерации с ростом мощности накачки аналогично насыщению поглощения.

В §12 описаны эксперименты но получению генерации в Л-схеме, см. вставку на Рис.4, принципиально отличающейся от схемы работы [28] тем, что уровни в ней не являются лазерными в смысле обычной генерации, при этом конечный уровень is^D^^l) является отпоситслыю долгоживущим (оп имеет большее время жизни, чем верхний уровепь т рабочего перехода комбинационного лазера). Эффективность преобразования в этой схеме оказалась ниже (30%), однако диапазон перестройки больше - до 5 доплеровских ширин. В процессе исследований было обнаружено, что перестроечная кривая (зависимость мощности антистоксовой генерации от частоты) имеет резкий пик в центре линии в широком диапазоне параметров, Рис.4. Этим ионная схема принципиально отличается от А-схемы в атомарном неоне с близкими параметрами уровней, в которой ранее наблюдался провал [29] с шириной запрещенного перехода Г„/. §13 Посвящен выяснению физической

Qp, ГГц

Рис. 4. Зависимость мощности Pas генерируемого излучения от отстройки частоты излучения накачки = и>р — штп в схеме с долгоживущим конечным уровнем, Г„/Г, = 1,7: линия - теоретическая кривая, квадраты — эксперимент.

Qp, ГГц

Рис. 5. Зависимость мощности Pas генерируемого излучения от отстройки частоты излучения накачки iîp, в схсмс с короткоживущим конечным уровнем, Г,„/Г( = 0,04: линия — теоретическая кривая, треугольники — эксперимент.

природы обнаруженного пика. Для этого было проведено устранение маскирующих факторов, экспериментально реализованы условия, в которых возможно построение простой модели, проведено качественное и количественное сравнение модели и эксперимента, Рис. 4. Показано,

что кулоновская диффузия приводит к подавлению двухфотонной когерентности, поэтому узкий провал не проявляется, а эффект полностью определяется кулоновским уширением структур Беннета (4) на рабочих уровнях комбинационного лазера, причем их уширение тем больше, чем больше время жизни уровня. Ширина пика в данной схеме задается диффузионной шириной более короткоживущего верхнего уровня: Дт = kvTy/u/2T m — 0,7 ГГц, что на порядок больше ширины запрещенного перехода и значительно меньше кулоновской ширины на нижнем уровне I. На основе построенной модели проведено исследование зависимости формы пика от параметров уровней, и показано, что в схеме с короткоживущим конечным уровнем, Рис.5, при тех же параметрах разряда пик практически исчезает в соответствии с моделью, поскольку в данной схеме самой узкой является резонансная структура на конечном уровне. При этом его вклад мал по параметру yTm/Yi -С 1.

В пятой главе описано экспериментальное исследование когерентных эффектов трех типов в присутствие кулоновской диффузии. В §14 описаны измерения узкого двухфотонного резонанса с шириной запрещенного перехода, обусловленного НИЭФ. Для лучшей компенсации остаточного доплеровского уширения была реализована вырожденная V-схсма в системе магпитпых подуровней перехода с моментами уровней Jm = 3/2 «7„ = 1/2, образующаяся при генерации зеемановско-го лазера с линейной поляризацией. Такая схема позволяет применить метод магнитного сканирования для записи спектра и достаточно точно измерить форму узкого резонанса с шириной около 100 МГц, Рис.6 (кривые 4,5). Был также проведен контрольный эксперимент па переходе 1/2 —» 1/2 (кривая 6) - узкий резонанс в этом случае пс наблюдался, поскольку система магнитных подуровней не образует V-схемы, а наблюдался только более широкий магнитооптический резонанс наеы-щения, соответствующий провалу Лэмба. При этом магнитооптические рсзопапсы могут маскироваться магпитоплазмсппыми. Было проведено их разделение: в неполяризованном многомодовом лазере наблюдает. ся только магнитоплазменный эффект. Эффект исследован в зависимости от параметров разряда, в схеме разряда с продольным потоком газа получены условия, в которых влияние магнитоплазменного эффекта на форму магнитооптических резонансов несущественно. Это позволило провести сравнение формы двухфотонного резонанса с расчетом [30]. При переходе от модели релаксационных констант (кривая 1) к случаю сильной кулоновской диффузии (кривая 3) резонанс уширяется примерно в 2,5 раза в соответствии с изменением формы контура: от лоренци-

н, э

Рис. 6. Расчетные кривые для мощности генерации одномодового зеемановского лазера в зависимости от магнитного поля (и соответственно магнитной отстройки i íl(H)) в центре линии (П0 = 0), при Гт/Гп = 0,1 для различных значений диффузионного параметра р — Dk2/VJ = 0(1); 0,35(2); оо(3) Сплошная и штриховая кривые соответствуют численному расчету и приближенной аналитической формуле. Экспериментальные значения для линий 529 нм (3/2 —> 1/2) при разном превышении усиления над потерями X — 1,3(4); 1,5(5) и 457,9 нм (1/2 1/2)при X = 1,3(6).

ана до функции, описываемой корнем из лоренциана, при этом его амплитуда уменьшается. Отметим, что узкий резонанс наблюдался также в невырожденной V-схеме при генерации на связанных переходах [31] и в мпогомодовом зеемановском лазере с линейной поляризацией [32], однако количественное сравнение формы резонанса с расчетом в этих случаях было невозможно.

В §15 рассмотрен эффект полевого расщепления. Для выделения эффекта выбрана Л-схема, в которой частота пробного поля меньше частоты сильного (стоксов случай) и преимущественно заселен нижний уровень пробного перехода, Рис.7. В этом случае в спектре пробного поля должен наблюдаться хорошо известный дублет Аутлера-Таунса,

соответствующий расщепленным сильным полем компонентам верхнего уровня. Для того, чтобы расщепление было заметным в эксперименте, амплитуда сильного поля должна быть достаточно большой (С ~100 МГц в единицах рабиевской частоты). Для достижения таких значений использовалось внутрирезонаторное поле одночастотного ионного лазера, кроме того в спектре пробного поля выделялась только нелинейная добавка, индуцированная сильным полем. В результате были получены расщепленные спектры в зависимости от интенсивности и частоты сильного поля. При небольшой интенсивности в спектре поглощения наблю-

Ц,,ГГц

Рис. 7. Зависимость измеренного спектра пробного поля от интенсивности сильного поля при П = 0: С? ~ 25,50,75,100 МГц (снизу вверх).

даются компоненты дублета Аутлера-Таунса с пиком ЭИП между ними (нижняя кривая). В соответствии с результатами числсппого расчета с учетом кулоновского уширения [33], в эксперименте зарегистрировано небольшое (в ~1,4 раза) уширение структуры по отношению к ее ширине в модели релаксационных копстапт. Кроме того, при увеличении амплитуды сильного поля, являвшегося стоячей волной, в спектре пробного поля был обнаружен новый резонанс, который выглядел как «расщепление полевого расщепления» (верхние кривые). Этот вопрос.потре-бовал дополнительного исследования, проведенного в §16. В результате сравнения с результатами теории возмущений до 2-го порядка по интенсивности сильного поля и численным расчетом было показано, что новый нелинейный резонанс в спектре пробного поля обусловлен высшими пространственными гармониками когерентности, возникающими

из-за прострапствспиой модуляции поля в стоячей волне. Теоретически данная задача была рассмотрена ранее в [34], однако эффект был пропущен, поскольку параметры уровней были выбраны так, что данный резонанс не проявлялся. Также были изучены зависимости эффекта от интенсивности и частоты сильного поля и показано, что резонанс наблюдается всегда в центре линии независимо от частоты сильного поля, т.е. эффект обусловлен «медленными» частицами в небольшой окрестности функции распределения вблизи нулевых скоростей.

В шестой главе, исследованы нелинейные резонансы в системе колебательно-вращательных переходов молекулярного натрия, имеющего близкие с ионами аргона константы релаксации уровней. При этом одно-частотный аргоновый лазер использовался как источник оптической накачки. Были изучены характеристики молекулярного комбинационного лазера и спектр пробного поля в Л-схеме Na2 с учетом ранее полученных данных по димерным лазерам [35]. Кроме того, система колебательно-вращательных уровней позволяет реализовать более сложные, например, 4-уровпсвые схемы резонсного взаимодействия лазерных полей с квантовой системой. В §17,18 подробно описаны основные проблемы и способы их решения при получении генерации в схеме невырожденного полностью резонансного четырехволнового смешения (ЧВС). Впервые получено эффективное преобразование частоты в двойной Л-схеме, реализованное с аргоновым, комбинационным димерным лазером и лазером на красителе в качестве источников накачки в схеме с преобразованием частоты вниз, а также с лазером на красителях, перестраиваемым полупроводниковым лазером и твердотельным М:УАС лазером - в схеме преобразования частоты вверх. Получено и исследовано насыщение выходной мощности с ростом мощности каждого из трех лазерных полей накачки, рассмотрены факторы, ограничивающие эффективность преобразования. В непрерывном режиме достигнута эффективность преобразования в генерируемую четвертую волну до 20 % по отношению к мощности самого слабого лазера накачки, сравнимая с эффективностью импульсного преобразования.

Кроме того, 4-уровневая схема позволяет исследовать нелинейные резопапсы в спектре пробного поля (М-схема) и четырехволнового смешения (двойная Л-схсма) с двумя сильными полями, резонансными противолежащим переходам. В §18 описаны такие эксперименты и продемонстрировано, что эффект полевого расщепления модифицируется в этом случае: вместо дублета Аутлера-Таунса наблюдается до четырех расщепленных компонент в спектре. Однако при близких интенсив-

иостях (рабиевских частотах) сильных полей происходит слияние центральных компонент в триплет с большой амплитудой центрального пика, как в случае вырожденного ЧВС [36]. Показано, что эффект рас-щеиления является причиной насыщения интенсивности сигнала четы-рехволнового смешения с ростом амплитуды одного из сильных полей. Предложен и реализован способ устранения насыщения за счет синхронного увеличения интенсивности сильных полей- Проведспо сравнение формы и ширины резонансов в теории и эксперименте с учетом уширяющих факторов, продемонстрировано их хорошее согласие.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

Основные результаты

1. Показано, что ширина резонанса насыщения в спектре спонтанного испускания ионов в 3-4 раза превышает радиационную ширину, а ширина провала Лэмба в тех же условиях - в 1,5-2 раза, что согласуется с представлением о диффузионном характере уширения провала Боппста в распределении ионов по схсоростям. Измеренные зависимости ширины провала Лэмба от концентрации, заряда и массы иона, констант релаксации уровней описываются моделью кулоновской диффузии с независящим от скорости коэффициентом.

2. Показано, что мощность одночастотной генерации из-за кулоновской диффузии возрастает в 2-4 раза для различных ионных линий. При этом зависимость мощности от превышения над порогом является линейной, что соответствует однородному насыщению, вплоть до значений безразмерного параметра насыщения, сравнимых с величиной кулоновского параметра, х ~ -ут > 1. С учетом этого проведена оптимизация мощности одночастотной генерации на разных линиях в схеме выпукло-вогнутого резонатора.

3. Обнаружено гигантское кулоновское уширение нелинейного резонанса в спектре пробного поля, обусловленного провалом Бепнета на метастабильном уровне: столкновительная ширина резонанса почти в 100 раз превышает радиационную. Экспериментально зарегистрирована экспоненциальная форма крыльев контура насе-ленностного резонанса, определяемая диффузионным характером уширения. Показано, что насыщение поглощения па переходе с ме-

тастабильных уровней Aril из-за кулоновской диффузии становится однородным, цри этом релаксация метастабильных уровней в плазме ионных лазеров определяется электронным тушением.

4. В Л-схеме комбинационного ионного лазера Aril с бегущей волной накачки и стоячей антистоксовой волной обнаружен широкий 1 ГГц) пик генерируемой мощности в точном резонансе, вместо узкого провала, ранее наблюдавшегося в аналогичных атомарных схемах. Показано, что эффект обусловлен действием ион-ионных столкновений, подавляющих 2-фотонную когерентность и по-разному уширяющих резонансные структуры в распределении населенностей уровней по скоростям. Показано, что эффект максимален в схеме с относительно долгоживущим уровнем и практически исчезает в схеме с короткоживущим конечным уровнем. Продемонстрировано, что эффективность преобразования в анти-стоксову волну достигает 60% за счет кулоновской диффузии.

5. Методом магнитного сканирования в V-схсме зеемаповского иоп-ного аргонового лазера зарегистрирован узкий 100 МГц) резонанс, обусловленный нелинейным интерференционным эффектом (НИЭФ). Показано, что из-за кулоновской диффузии розопапс уширяется примерно в 2,5 раза, форма резонанса приблизительно описываегся квадратным корнем из лоронциана.

6. В спектре стоксова пробного поля в A-схеме Aril выделен эффект полевого расщепления. Показапо, что кулоновские столкновения уширяют расщепленные компоненты дублета Аутлера-Таунса незначительно. В поле сильной стоячей волны обнаружен новый нелинейный резонанс в центре линии, индуцированный высшими пространственными гармониками поляризации на пробном переходе. Показано, что его амплитуда может быть сравнима с амплитудой дублета, а ширина определяется константами релаксации пробного перехода (~100 МГц в эксперименте).

7. Получена непрерывная генерация на основе полностью резонансного четырехволнового смешения в двойной Л-схеме молекулярного натрия с эффективностью преобразования до 20% по отношению к слабому полю накачки. В конфигурации полей накачки "сильное - слабое - сильное" получено насыщение выходной мощности в зависимости от интенсивности как одного, так и другого сильного полей. Показано, что причиной насыщения являются

í

нескомпенсированные штарковские сдвиги, индуцированные двумя сильными полями. Показано, что оптимум преобразования достигается при примерно равных рабиевских частотах сильных полей.

8. Обнаружено, что в N-схеме молекулярного натрия с двумя сильными полями вместо обычного дублета Аутлера-Таунса в спектре пробного поля наблюдается до четырех компонент в зависимости от соотношения интенсивностей сильных полей. При близких рабиевских частотах сильных полей центральные компоненты сливаются в один пик вследствие компенсации штарковских сдвигов. С учетом уширяющих факторов получено согласие формы экспериментальных спектров с результатами численного расчета.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Бабин С.А., Тимофеев Т. Т. Кулоновские столкновения и выходная мощность ионных лазеров//Опт. и спсктр.-1989.-Т.66, N.3.-С.1153-1158.

2. Бабин С.А., Гелъмедова Л.А., Шапиро Д.А. Эффекты куло-новских столкновений в комбинационном ионном лазере//Квант. электр.-1991.-Т.18, N.10.-C.1151-1153.

3. Бабин С.А., Раутиап С.Г., Шапиро Д.А. Трехуровневая нелинейная спектроскопия кулоновских столкновений//Квант. электр.-1992.-Т.19, N.11.-С.1139-1144.

4. Бабин С.А., Гершинский Г.А., Еременко Т.Ю., Тимофеев Т.Т., Хорее C.B. Выпукло-вогнутый резонатор для модовой селекции в широкоапертурном лазере//Квант, электр.~1994.-T.21, N.2.-C.121-125.

5. Бабин С.А., Еременко Т.Ю., Куклин А.Е., Хорее C.B. Волно-водный режим генерации широкоапертурного Аг'^-лазера//Квант. электр-1994.-Т.21, N.9.-C.817-820.

6. ВаЫп S.A., Shapiro D.A. Spectral Line Broadening due to the Coulomb Interaction in Plasma//Phys. Rep.-1994.-V.241, N.3-4.-P.119-217.

7. Babin S.A., Kablukov S.I., Khorev S.V., Shapiro D.A. basing on a weak intcrcombination transition 4p4S3/2 —> 4s2P3/2 Aril//J. Quant. Spectr. Radiat. Trans.-1996.-V.55, N.2.-P.259-266.

8. Бабин С.А., Еременко Т.Ю., Кондратенко M.А., Куклии А.Е. Магнитоплазменный эффект в ионных лазерах при высокой степени ионизации газа//Квант. электр.-1996.-Т.23, N.6.-C.518-520.

9. Бабин С.А., Каблуков С.И., Кондратенко М.А., Шапиро Д.А. Нелинейный интерференционный эффект в зеемановском ионном лазере//Письма в ЖЭТФ.-1996.-Т.64, N.4. -С.241-247.

10. Babin S., Hinze U., Tiemann E., WeUegehausen B. Continuous resonant four-wave mixing in double-A level configuration of Na2//Opt. Lett.-1996.-V.21, N.15.-P.1186-1188.

11. Apolonsky A.A., Babin S.A., Chernykh A.I., Kablukov S.I., Khorev S.V., Podivilov E.V., Shapiro D.A. Giant Coulomb broadening and Raman lasing in ionic transitions//Phys. Rev. A.-1997.-V.55, N.I.-P.661-668.

12. Babin S.A., Podivilov E.V., Shapiro D.A. Effects of two strong fields in resonant four-wave mixing//nncbMa в ЖЭТФ.-1997.-Т.66, N.12-C.777-783.

13. Бабин С.А., Каблуков С.И., Кобцев С.M. Параметры метастабиль-ных уровней Aril в газоразрядной плазме//0пт. и спектр-1998 -Т.84, N.6.-C.915-921.

14. Babin S.A., Podivilov E.V., Shapiro D.A. Effect of a strong driving field upon the spontaneous decay in resonant four-wave mixing//Physics of Vibrations.-1998.-V.6, N.2.-P.123-132.

15. Babin S.A., Kablukov S.I., Shapiro D.A. Saturation spectroscopy of ion metastable states in plasma//Physics of Vibrations.-1998.-V.6, N.2.-P.150-157.

16. Babin S.A., Podivilov E.V., Shapiro D.A., Hinze U., Tiemann E., WeUegehausen B. Effects of strong driving fields in resonant four-wave mixing schemes with down-conversion//Phys. Rev. A.-1999.-V.59, N.2.-P.1355-1366.

17. Бабин С.А., Хорее C.B. Селекция продольных мод лазера без наклона внутрирезонаторного эталона Фабри-'Перо//Квант. электр-1999.-Т.27, N.1.-C.42-46.

18. Dabin S.A., Kablukov S.I., Hinze U., Tiemann E., Weüegehausen B. Level-splitting effects in resonant four-wave mixing//Opt. Lett.-

2001.-V.26, N.2.-P.81-83.

19. Dabin S.A., Kablukov S.I., Khorev S.V., Podivilov E.V., Potapov V. V., Shapiro D.A., Stepanov M.G. Resonant peak in output spectral profile of ionic anti-Stokes Raman laser//Phys. Rev. A.-2001. -V.63.-N.063804. -P.1-8. • ■

20. Babin S.A., Belousov Yu.I., Kablukov S.I., Shapiro D.A., Hinze U., Klug M., Weüegehausen В. Probe-field spectra of iV-scheme in strong inhomogcncous field//J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.-2001.-V.34, N.18.-P.3641-3653.

21. Бабин С.А., Подиоилов Е.Б., Потапов В.В., Чуркип Д.В., Шапиро Д.А. Нелинейный резонанс, индуцированный высшими пространственными гармониками когерентности//ЖЭТФ.-2002.-Т.121, N.4.-C.807-818.

22. Бабин С.А., Каблуков С.И., Кобцев С.М., Потапов В.В., Чуркип Д.В. Спектр антистоксова комбинационного ионного лазера в А-схемах с различными параметрами уровней//Квант. электр.-

2002.-Т.32, N.5.-C.455-459.

23. Babin S.A., Churkin D.V., Podivilov E.V., Potapov V.V., Shapiro D.A. Splitting of the peak of electromagnetically induced transparency by the higher-order spatial harmonics of the atomic coherence//Phys. Rev. A.-2003.-V.67, N.043808.-P.1-5.

24. Babin S.A., Shapiro D.A. Coulomb broadened spectral resonances. In: Spectral Line Shapes, V.6, eds. L.Froinmhold, J.W.Keto, -V. 216 of AIP Conf. Proc., -P. 48-62. AIP Press, New York. 1990.

25. Babin S.A., Kuklin A.E. Comparison of high-currcnt discharges with axial and transverse gas flow for UV ion lasers. In: 8th International Symposium on Gas Flow &c Chemical Lasers, eds. J. Orza, C. Domingo, -V. 1397 of Proc. SPIE, -P. 589-592. SPIE, Bellingham, Washington. 1991.

26. Babin S.A., Shapiro D.A. Coulomb broadening of spectral resonances in plasma. In: Nonlinear Optics, ed. S. Rautian, -P. 85-89. Nova Science Publishers, New York. 1992.

27. Babin S.A., Gel'medova L.A., Shapiro D.A. Collisional effects in plasma-based CW Raman laser. In: Ultrashort Wavelength Lasers, ed. S. Suckewer, -V. 1551 of Proc. SPIE, -P. 107-111. SPIE, Bellingham, Washington. 1992.

28. Babin S.A., Khorev S.V., Kuklin A.E., Yeremenko T.Yu. Waveguide argon laser. In: 9th International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers, eds. C. Fotakis, C. Kalpouzos, T. Papazoglou, -V. 1810 of Proc. SPIE, -P. 774-778. SPIE, Bellingham, Washington. 1993.

29. Shapiro D.A., Kablukov S.I., Babin S.A., Khorev S.V. Lasing on a weak intcrcombination transition (4.p4S;./-> —> 4s2P3/2) in Aril plasma. In: Spectral Line Shapes, V.8, eds. A. D. May, J. R. Drummond, E. Oks, -V. 328 of AIP Conf. Proc., -P. 85-86, New York. 1995. AIP Press.

30. Apolonsky A.A., Babin S.A., Kablukov S.I., Khorev S.V., Podivilov E. V., Chernykh A.I., Shapiro D.A. Observation of the giant Coulomb broadening in the gas discharge plasma. In: Spectral Line Shapes, V.9, eds. M. Zoppi, L. Ulivi, -V. 386 of AIP Conf. Proc., -P. 157-160. AIP Press, Woodbury, New York. 1997.

31. Babin S.A., Kablukov, S.I. Kondratenko M.A., Shapiro D.A. Nonlinear interference effect in ionic Zeeman laser. In: Spectral Line Shapes, V.9, eds. M. Zoppi, L. Ulivi, -V. 386 of AIP Conf. Proc., -P. 259-260. AIP Press, Woodbury, New York. 1997. tf-

32. Babin S.A., Podivilov E. V., Shapiro D.A. Effects of strong driving field and spontaneous decay in resonant four-wave mixing. In: 11th International Vavilov Conference on Nonlinear Optics, ed. S. Rautian, -V. 3485 of Proc. SPIE, -P. 293-304. SPIE, Bellingham, Washington. 1998.

33. Babin S.A., Kablukov S.I., Shapiro D.A. Saturation spectroscopy of ion metastables in plasmas. In: 11th International Vavilov Conference on Nonlinear Optics, ed. S. Rautian, -V. 3485 of Proc. SPIE, -P. 494501. SPIE, Bellingham, Washington. 1998.

34. Dabin S.A., Podivilov E.V., Shapiro D.A. Role of dressed states in resonant four-wave mixing with large Doppler broadening. In:

. ICONO'98: Nonlinear Optical Phenomena and Coherent Optics in Information Technologies, eds. S. S. Chesnokov, V. P. Kandidov, N. I. Korotcev, -V. 3733 of Proc. SPIE, -P. 145-154. SPIE, Bcllingham, Washington. 1999.

35. Babin S.A., Belousov Yu.I., Kablukov S.I., Shapiro D.A., Hinze U., Tiemann E., Wellegehausen B. Broadening of multipeak structure by inhomogcncous pump field. In: Spectral Line Shapes, V.ll, ed.

" J. Seidel, -V. 559 of AIP Conf. Proc., -P. 475-477. AIP, Melwille, New York. 2001.

36. Babin S.A., Kablukov S.I., Khorev S.V., Podivilov E.V., Potapov V. V., Shapiro D.A., Stepanov M.G. Detuning characteristics of ionic anti-Stokes Raman laser. In: Laser Optics 2000: High Power Gas Lasers, ed. О. B. Danilov, -V. 4351 of Proc. SPIE, -P. 48-59. SPIE, Dillingham, Washington. 2001.

37. Babin S.A., Kablukov S.I., Hinze U., Tiemann E., Wellegehausen B. Splitting effects and power saturation in CW resonant four-wave mixing with two strong fields. In: Laser Optics 2000: Control of Laser Beam Characteristics and Nonlinear Methods for Wavefront Control, eds. L. N. Soms, V. E. Sherstobitov, -V. 4353 of Proc. SPIE, -P. ISO-IS?. SPIE, Billingham, Washington. 2001.

Список цитированной литературы

[1] Архипкин В.Г., Попов А.К. Нелинейная оптика и преобразование света в газах//Успехи физ. наук.-1987.-Т.153, N.3.-C.423-468.

[2] White J. С. Stimulated Raman scattering//Topics in Applied Physics.-1989.-V.59.-P.115-207.

[3] Dunn M.H., Ebrahimzadeh M. Parametric generation of tunable light from continuous-wave to femtosecond pulses//Science.-1999.-V.286, N.5444.-P.1513-1517.

[4] Wadsworth W.J, Ortigosa-Blanch A., Knight J.C., Birks Т.A., Man T.P.M., Russell P.S. Supcrcontinuum generation in photonic crystal

fibers and optical fiber tapers: a novel light source//JOSA B.-2002.-V.19, N.9.-P.2148-2155.

[5] Harris S.E. Elcctromagnetically induced transparency//Physics Today.-1997.-V.50, N.7.-P.36-42.

[6] Lukin M.D., Hemmer P.R., Scully M.O. Resonant nonlinear optics in phase-coherent media//Adv. At. Mol. Opt. Phys.-2000.-V.42, N.3.-P.347-386.

[7] Shen Y.R. The principles of nonlinear optics. John Wiley & Sons, New York etc. 1984. [Шеи И.P. Принципы нелинейной оптики. / Пер. с англ. под ред. С.А.Ахманова. - М.:Наука, 1989. - 558 е.].

[8] Летохов B.C., Чеботаев В.П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. Наука, Москва. 1975. 279 е.; Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения.- М.:Наука, 1990. - 512 с.

[9] Раутиан С.Г., Смирнов Г.И., Шалатп A.M. Нелинейные резопап-сы в спектрах атомов и молекул. Наука, Новосибирск. 1979. 312 с.

|10] Stenholm S. Foundations of laser spectroscopy. Wiley, New York etc. 1984. [Стенхольм С. Основы лазерной спектроскопии. / Пер. с англ. - М.:Мир, 1987. - 312 е.].

[11] Lamb W.E. Theory of an optical maser//Phys. Rcp.-1964.-V.134, N.6A.-P. 1429-1450.

[12] Раутиан С.Г., Собельмап И.И. Форма линии и дисперсия в области положительного поглощения с учетом вынужденных переходов//ЖЭТФ.-1961 -Т.41, N.2.-C.456-464.

[13] Bennett W.R. Hole burning effects in a He-Ne optical laser//Phys. Rcv.-1962.-V.126, N.2, ser. 2.-P.580-593.

[14] Смирнов Г.И., Шапиро Д.А. Об уширении спектральных линий вследствие кулоновского взаимодействия/'/ЖЭТФ.-1979.-Т.76, N.6.-C.2084-2093.

[15] Раутиан С. Г. О влиянии столкновений на спектральные характеристики газовых квантовых генераторов/'/ЖЭТФ.-1966.-Т.51, N.4.-С.1176-1188.

[16] Davis С.C.; King Т. A. Gaseous ion lasers. In: Advances in Quantum Electronics, -V. 3, - P. 169-454. Academic Press, New York etc. 1975.

[17] Доиии В.И. Мощные иоипые газовые лазеры. Наука, Новосибирск. 1991. 208 с.

[18] Бабин С.А., Донип В.И., Шапиро Д.А. Кулоновское уширение нелинейных резонансов в оптических спектрах ионов//ЖЭТФ.-1986.-Т.91, N.10.-C. 1270-1279.

[19] Бабин С.А. Роль кулоповского рассеяния ионов в формировании провала Лэмба в аргоновом лазере. Дисс. па соиск. уч. степ. капд. физ.-мат. наук, ИАиЭ СО РАН, Новосибирск. 1990.

[20] Шапиро Д.А. Нелинейная спектроскопия плазмы иоипых лазеров. Дисс. на соиск. уч. степ. докт. физ.-мат. наук, ИАиЭ СО РАН, Новосибирск. 1992.

[21] Vasilenko L.S., Kochanov V.P., Chebotaev V.P. Nonlinear dependence of optical resonance widths at CO2 transitions on pressure//Opt. Comm.-1977.-V.20, N.3.-P.409-411.

[22] Алферов Г.Н., Бабин С. А., Драчев В.П. Нелинейная дисперсионная интерферометрия плазмы аргонового лазера//Опт. и спектр.-1987,-Т.63, N.3.-C.594-599.

[23] Троицкий Ю.В. Одночастотная генерация в газовых лазерах. Наука, Новосибирск. 1975. 160 с. 1

[24] Бондарев Б.В., Кобцев С.М., Караблёв А.В., Лунин В.М. Частотно-стабилизированный непрерывный лазер на красителях с прецизионной автоматической перестройкой длины волны излучения для спектроскопии высокого разрешения//Опт. атм.-1989.-Т.2, N.12-С.1319-1324.

[25] Willems H.M.I., Yuasa К., van der Sijde В., Schram B.C., van der Mullen J. A.M. Laser fluorescence experiments with a pulsed dye laser in an argon plasma//J. Quant. Spectr. Radiat. Trans.-1989.-V.41, N.4.-P.251-258.

[26] Elbel M., Simon M., Welp H. Hole burning and optical pumping by single-mode laser light//Quant. Opt.-1990.-V.2, N.5.-P.351-364.

[27] Кольченко А.П., Пухов А.А., Раутиаи С.Г., Шалагин A.M. Влияние селективных столкновений на распределение атомов по скоростям и на нелинейные интерференционные эффекты//ЖЭТФ-1972.-Т.65, N.4.-C.1173-1193.

[28] Feitisch A., Schnier D., Miiller Т., Wellegehausen В. Continuous Anti-Stokes-Raman laser oscillations in argon-laser plasma//IEEE J. Quantum Electronics.-1988.-V.24, N.8.-P.507-511.

[29] Бакланов E.B., Бетеров И.М., Дубецкий Б.Я., Чеботаев В.П. Нелинейные эффекты в линии резонансного ВКР в газе в поле стоячей волны//Письма в ЖЭТФ-1975.-Т.22, N.5.-C.289-293.

[30] Раутиан С.Г., Шапиро Д.А. Диффузионный контур нелинейного резонанса в трехуровневой системе//ЖЭТФ.-1988.-Т.94, N.10.-С.110-124.

[31] Лебедева В.В., Одинцов А.И., Главатских Н.А., Гринъ Л.Е., Шулъга А.Г. Исследование штарковского уширения нелинейных трехуровневых резонансов на связанных переходах Аг11//Журн. нрикл. спектр.-1984.-Т.41, N.3. С.385-388.

[32] Del Gobbo G., Giammanco F., Maccarone F., Marsili P., Strumia F. Nonlinear Hanle effect in the active discharge of an argon laser//Appl. Phys. B.-1997.-V.64, N.3.-P.349-354.

[33] Stepanov M.G., Shapiro D.A. Diffusion-broadened line shape near a turning ропй//Письма в ЖЭТФ.-1998.-Т.68, N.1.-C.27-32.

[34] Feldman B.J., Feld M.S. Laser-induced line-narrowing effects in couplcd Doppler-broadened transitions. II. Standing-wave features//Phys. Rev. A.-1972.-V.5, N.2.-P.899-918.

[35] Wellegehausen B. Optically pumped CW dimer lasers//IEEE J. Quantum Electronics.-1979.-V.15, N.10.-P.1108-1130.

[36| Lin J., Rubiera A.I., Zhu Y. Nearly resonant four-wave mixing with bichromatic laser fields in a Rb atomic systems//Phys. Rev. A.-1995.-V.52, N.6.-P.4882-4885.

Подписано к печати "19" сентября 2003г. Формат бумаги 60x84 1/16. Объём 2 печ. л.

Тираж 100 экз. Заказ № 29. Отпечатано "Документ-Сервис", 630090, Новосибирск, Институтская 4/1, тел. 396-600

Список обозначений

Введение

I Экспериментальная техника и методы исследований

§1 Сильноточный разряд с продольным потоком газа

§2 Методы диагностики и параметры плазмы ионных лазеров

§3 Выпукло-вогнутый резонатор для селекции поперечных мод

§4 Селекция продольных мод

II Влияние кулоновского рассеяния на генерацию ионных лазеров

§5 Основы теории кулоновского уширения нелинейных ре-зонансов

§6 Уширение провала Лэмба в аргоновом и криптоновом лазерах

§7 Кулоновское рассеяние и мощность одночастотной генерации

III Кулоновское уширение резонансов насыщения в спектре пробного поля

§8 Спектр спонтанного испускания в присутствии сильного поля на смежном переходе

§9 Параметры метастабильных уровней

§10 Гигантское кулоновское уширение провала Беннета на метастабильном уровне

IV Антистоксов комбинационный ионный лазер

§11 A-схема с короткоживущим конечным уровнем

§12 A-схема с долгоживущим конечным уровнем

§13 Резонансный пик генерации

V Кулоновское уширение резонансов, обусловленных когерентными эффектами

§14 Интерференционный резонанс в спектре зеемановского ионного лазера, V-схема

§15 Эффект полевого расщепления в спектре пробного поля, Л-схема

§16 Эффект высших пространственных гармоник когерентности

VI Нелинейные спектральные резонансы в 4уровневой системе Na

§17 Резонансное четырехволновое смешение в двойной А-схеме

§18 Эффект полевого расщепления в N-схеме с двумя сильными полями

Идея источников когерентного излучения и создание мазеров [1,2], а затем и первого лазера [3], в начале 60-х годов привели к перевороту в физике и формированию новых областей, условно лазерной физики: квантовой, когерентной и нелинейной оптики, нелинейной спектроскопии, квантовой электроники, оптоэлектроники, фотоники и других. В основе качественно новых свойств, приведших к прорыву, лежат высокая спектральная плотность и когерентность лазерного излучения. Лазер - это квантовый генератор электромагнитных волн в оптическом диапазоне спектра, использующий внутреннюю энергию вещества. Источником энергии обычно являются возбужденные состояния квантовых частиц. Для усиления и генерации света необходима инверсия на-селенностей квантовых состояний, а за счет "вынужденности" процесса испускания под действием световой волны достигается когерентность отдельных излучателей.

К настоящему времени лазерная генерация реализована в различных активных средах (атомарных и молекулярных газах, жидкостях, кристаллах, стеклах, полупроводниках, оптических волокнах и кластерах), как в импульсном, так и пспрсрывпом режимах. Линии генерации имеются практически во всем оптическом диапазоне, включая УФ, видимую и ИК области спектра [4]. Значения мощности генерации превысили петаваттный уровень [5], при этом сфокусированное лазерное поле больше внутриатомного кулоновского поля на несколько порядков. Разнообразие новых эффектов в этих условиях привело к формированию новой области - атомной физики в сверхсильных полях [6]. Работы по уменьшению длительности привели к получению лазерных импульсов короче 5 фемтосекунд в оптическом диапазоне, что уже близко к предельному значению в одно световое колебание, см. напр. [7]. Преобразование таких импульсов в вакуумный ультрафиолетовый (ВУФ) и рентгеновский диапазоны спектра посредством генерации высоких гармоник позволяет получать суб-фемтосекундные импульсы и открывает перспективы ат-тосекундной метрологии [8]. Методы преобразования частоты лазерного излучения также активно развиваются, как на основе генерации гармоник, так и вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) [9-11], четырехволнового смешения и параметрической генерации [12,13], генерации суперконтинуума [14,15] и близки к получению практически произвольной длины волны излучения из ограниченного набора исходных лазерных источников. При этом резонансное и когерентное преобразование света намного эффективней, что позволяет применить разработанные методы и для относительно маломощного непрерывного лазерного излучения, см. напр. [9,16]. Прогресс в этом направлении достигнут во многом за счет применения эффекта электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП), который позволяет устранить поглощение света в резонансных условиях [17,18].

Как генерация, так и преобразование лазерного излучения - это процесс взаимодействия сильного светового поля с веществом. Исследование данной фундаментальной проблемы лежит в основе практически всех "лазерных" областей физики. При ее рассмотрении обычно разделяют процессы распространения и резонансного взаимодействия излучения с отдельными частицами. Соответственно, задачу о распространении электромагнитных волн и их взаимодействии между собой в нелинейной оптической среде изучает нелинейная оптика [19,20], а резонансное взаимодействие светового поля с квантовой системой, имеющей внутренние состояния, и соответственно резкие спектральные зависимости коэффициентов поглощения/усиления и нелинейной восприимчивости вблизи резонансных частот, - нелинейная (лазерная) спектроскопия [21-26].

Внутренние состояния вещества обычно моделируются небольшим количеством уровней энергии, в простейшем случае двумя. При резонансном взаимодействии частота волны и> близка к боровской частоте штп = (Ет — Еп)/Н перехода между какими-либо состояниями тип частиц среды с энергиями Ет и Еп (Н - постоянная Планка), Рис. 1а. Классификация основных эффектов нелинейной спектроскопии обычно проводится в рамках теории возмущений по сильному полю [22,23]. Сильная резонансная электромагнитная волна вызывает следующие изменения в квантовой системе:

• выравнивание населенностей уровней и соответственно насыщение поглощения/усиления (эффект насыщения);

• расщепление уровней под действием электрического поля световой волны (эффект полевого расщеплепия);

• интерференцию квантовых состояний из-за их перемешивания резонансным полем (нелинейный интерференциоипый эффект - НИ-ЭФ).

Радиационные процессы могут быть одно-, двух- и многоквантовыми, т.е. процесс излучения/поглощения разных квантов света может происходит как независимо (одпокваптовые, ступенчатые процессы), так и синхронно (двух- и мпогокваптовые процессы). При этом, если квантовая система допускает несколько вариантов перехода из одного квантового состояния в другое, например, через ступенчатые и двухквантовые процессы, то говорят также о квантовой интерференции. Аналогично интерференции полей классических волн, в квантовом случае рассматривают взаимное погашение или сложение амплитуд вероятностей переходов. Такой подход, активно развиваемый в последнее время, оказался достаточно продуктивным для описания целого класса резонансных явлений: ЭИП, когерентное пленение населенностей, усиление и генерация без инверсии под действием управляющей волны (см. напр. [16-18,27-30] и цитируемую там литературу), - которые в свою очередь являются проявлениями эффекта полевого расщепления и НИЭФ [31-34]. а) „ (б) т гп

0 Гт/к+Аут ц V

Рис. 1. а — 2-уровневая схема лазерного перехода: сильное лазерное поле условно показано двойной стрелкой, ширины уровней - боксами, населенности - кружками; б распределение населенности верхнего уровня по проекции скорости частиц на направление волнового вектора V без поля, с полем, с полем и столкновениями (пунктирная, сплошная и штриховая линии соответственно).

В оптическом диапазоне спектра тепловое движение частиц в газе приводит к значительному уширению спектральных линий из-за эффекта Доплера: при тепловой скорости у? ~ Ю5 см/с характерная ширина составляет ку? ~ 1 ГГц, где к = и/с = 2тг/\ - волновой вектор, А ~ 1 мкм - длина волны, Рис.16. В этих условиях нелинейные эффекты позволяют формировать узкие резонансные структуры на фоне широкого доплеровского спектрального контура линии - т.н. нелинейные спектральные резонансы, которые несут информацию о характеристиках отдельного атома (дипольпый момент, константы релаксации), а также его взаимодействии с окружением (внешние поля, столкновения).

Наиболее известным примером нелинейного резонанса является провал Лэмба, наблюдаемый в частотной зависимости мощности генерации газовых лазеров [35]. Резонанс обусловлен эффектом насыщения, который приводит к выравниванию населенностей уровней на резонансных скоростях и формированию неравновесных структур в распределении насслсниостсй уровней по скоростям, называемых провалами (пиками) Беннета [36,37], Рис.16. Для лазерных линий нижний уровень обычно является быстрораспадающимся, а верхний - долгоживущим, т.е. их константы релаксации относятся как Гп Гт, что обуславливает инверсию населенностей Ыт Л^. В этом случае в выражении для коэффициента усиления (до ос — Л^) можно учитывать только верхний уровень. Провал Бсниста в распределении населенности по проекциям скорости па направление волнового вектора Nrn(v) имеет глубину, определяющуюся уровнем потерь в резонаторе. При генерации в резонаторе стоячей волны с большой отстройкой частоты от резонанса О = и> — штп ГШ)Г1, сильное поле индуцирует два неперекрывающихся провала Бсниста, центрированных на резонансных скоростях V = В точном резонансе, 0=0, провалы Беннета полностью перекрываются, что приводит к уменьшению мощности лазера в центре линии. В модели релаксационных констант [22] ширина провалов Беннета в распределении населенностей и провала Лэмба в частотной зависимости мощности лазера характеризуется однородной шириной линии Гтп = (Гт + Гп)/2. Столкновения приводят к уширению провалов, Рис.16.

Для учета столкновений обычно бывает достаточным соответствующим образом скорректировать релаксационные константы, однако измерения формы нелинейных резонансов позволяют с высокой точностью определять детали столкновительных процессов. Нелинейно-спектроскопические методы п 70-80-х годах с успехом применялись в исследованиях атомарных и молекулярных газов [38,39], в частности, с их помощью можно различать столкновения с изменением фазы, скорости или ориентации, а также сильные (с большим изменением скорости) и слабые (с малым изменением) столкновения [21-26]. Разность столкновительных сечений в основном и возбужденном состояниях может приводить к новым газокинетическим явлениям в поле лазерного излучения, таким как светоиндуцированный дрейф, см. напр. [26]. Другим важным направлением, использующим влияние резонансного излучения на движение атомов, стало лазерное охлаждение и пленение атомов [40-42], основанное в том числе и на эффекте когерентного пленения населенности [28,30]. Как известно, развитие этого направления в последние годы привело к получению Бозе-конденсата атомов в магнитооптических ловушках [43,44].

Перспектива применения методов нелинейной спектроскопии в плазменных исследованиях, в частности для ее диагностики, не вызывала сомнений еще в конце 70-х годов [45,46], однако многообразие и сложность процессов, происходящих в плазме, требовали детальной теоретической и экспериментальной проработки этого вопроса. Наиболее подходящим объектом таких исследований является низкотемпературная плазма непрерывных лазеров на ионах благородных газов, см. обзоры [47-50], которая характеризуется как высокой степенью ионизации газа, так и наибольшей среди непрерывных лазеров видимого и ближнего УФ диапазонов мощностью генерируемого излучения [51,52]. Это позволяет проводить в ней исследования широкого круга нелинейно-спектроскопических явлений.

Характерные значения параметров плазмы наиболее изученного ионного аргонового лазера следующие: концентрация электронов, ионов и атомов ~ ~ Л^ ~ 1014 см-3 соответственно, температура электронов Те ~ 5 эВ, температура ионов и атомов Гг- ~ Та ~ 1 эВ. При таких параметрах радиус Дебая Ио = (Те/47гТУее2)1/2 ~ 2 х Ю-4 см намного превышает межионные расстояния, соответственно приближение парных столкновений, используемое для нейтральных атомов, нарушается - ион постоянно испытывает влияние плазмы. Флуктуации плазменного микрополя смещают энергетические уровни оптического электрона и

Л приводят к так называемому штарковскому уширению [53], учет которого обычно проводится в модели релаксационных констант в виде добавки к однородной ширине [49,50]. Кулоновское ион-ионное рассеяние приводит к характерному изменению скорости иона Дг^- за время жизни уровня ] = т,п и моделью релаксационных констант не описывается. В работе [54] было показано, что для описания рассеяния в низкотемпературной плазме применима модель диффузии в пространстве скоростей с коэффициентом диффузии, не зависящим от скорости [55-57]. Теория нслипсйио-спсктроскопичсских явлений в плазме развивалась в нескольких направлениях. Помимо столкновений с изменением скорости [54,58] рассматривалось также влияние на ионные спектры электрических и магнитных полей [59-64], плазменных колебаний и взаимодействия ионов через плазменные волны [65,66]. В результате была построена общая теория нелинейных резонансов в ионных спектрах [67].

• В эксперименте детальные исследования нелинейных резонансов в плазме аргонового лазера были начаты в середине 80-х годов, когда появились достаточно точные и надежные методы диагностики плазмы. До этого даже механизм уширения простейшего нелинейного резонанса - провала Лэмба, - не получил убедительного объяснения в литературе. В обзорах [49,50] была принята гипотеза о том, что наблюдаемое в эксперименте уширение обусловлено штарковским механизмом. Впервые возможное влияние ион-ионного рассеяния на уширение ионных спектров

• обсуждалось в [68], однако впоследствии авторы отказались от этой гипотезы в пользу штарковского механизма [69]. В [70] было проведено сопоставление теоретической оценки уширения из-за кулоновского рассеяния [54] (с точностью до неопределенности в параметрах плазмы) с измеренным уширением провала Лэмба, свидетельствующее о согласии по порядку величины.

Величина уширения kAvj по отношению к однородной ширине Гш„, Рис. 16, сложным образом зависит от параметров плазмы и констант релаксации перехода [54]: kAvj/Tmn ~ (1)

I тп у J где v ос N{Z2M~2v- эффективная частота ион-ионных столкновений, vt = \/2Ti/M - тепловая скорость, Zc,M,N{ - заряд, масса и концентрация ионов, TJ1 - время жизни уровня j = т,п. Поэтому только детальный анализ этого вопроса, включающий наряду с измерениями формы провала Лэмба независимую диагностику параметров плазмы и измерения констант релаксации уровней в одних и тех же условиях, позволил сделать вывод о преимущественно кулоновской природе уширения провала Лэмба в аргоновом лазере [71-73]. Измерения концентрации электронов проводились методом нелинейной дисперсионной интерферометрии [74], модифицированным для условий плазмы ионного лазера, что позволило измерить величину Ne ~ N{ с точностью <10% [75]. В [71] была зарегистрирована нелинейная зависимость величины уширения провала Лэмба от концентрации ионов. Затем было обнаружено [71,72], что для линий однозарядного иона (Aril) ширина провала в 1.5 -f 2.5 раза превышает однородную, а для двухзарядпого (АгШ) - в 3 -j- 5 раз. В результате было показано, что измеренные в эксперименте зависимости столкновительной добавки к ширине провала от концентрации, заряда иона и константы релаксации перехода соответствуют модели кулоновской диффузии, тогда как штарковское ушире-ние не описывает ни величину (почти на порядок меньше), ни характер зависимости от параметров [73]. Миграция возбуждений диффузионного типа (в частотной шкале) и ее спектроскопические проявления были известны и для других типов лазеров: например, наблюдалась нелинейная зависимость ширины провала Лэмба от давления в СОг-лазере [76], в твердотельных лазерах с неоднородным уширением линии кинетика "расплывания спектральных дыр" может иметь диффузионный характер, см. напр. [77] и цитируемую там литературу. Однако по выделен-ности среди других процессов кулоновская диффузия в плазме ионных лазеров имеет уникальный характер.

Экспериментальные исследования [71-73] показали, что "кулонов-ское уширение" (термин впервые введен в работе [70] и в дальнейшем стал широко использоваться) является наиболее сильным из всех плазменных эффектов, рассмотренных в теории ионных спектров, и должно проявляться не только в уширении провала Лэмба, но и других нелинейных спектральных резонансов: как более сложных резонансов насыщения, так и резонансов, обусловленных нелинейным интерференционным эффектом и эффектом полевого расщепления, в частности, ЭИП, и связанных с ними эффектами в 2-х и 3-уровневых системах. Хотя измеренное уширение на лазерных переходах оказалось достаточно большим, на переходах из метастабильных уровней с меньшими значениями констант релаксации и Гт„, см. (1), можно ожидать гораздо большего (как минимум на порядок) относительного уширения резонансов насыщения, но для их наблюдения необходима реализация схемы пробного поля. В то же время была продемонстрирована возможность эффективного преобразования частоты в А-схеме комбинационного ионного лазера с дол-гоживущим стартовым уровнем [78]. При этом кулоновское уширение может принципиальным образом влиять на характеристики такого комбинационного лазера. Одновременно был проведен расчет кулоновского уширения двухфотонного резонанса [79] и показано, что наблюдавшееся в эксперименте [80] уширение резонанса в У-схеме лазерной генерации на смежных переходах можно объяснить кулоновским уширением, а не штарковским, как предполагали авторы [80].

Поставленные вопросы требовали расширения экспериментальных исследований в данной области и позволили сформулировать основную цель настоящей диссертационной работы как исследование влияния ку-лоновского рассеяния на нелинейные спектральные резонансы, индуцированные эффектами разной физической природы (эффектом насыщения, нелинейным интерференционным эффектом и эффектом полевого расщепления) различными методами (генерация, спонтанное испускание, спектр пробного поля, ВКР). Полученные знания об основных механизмах предполагалось применить для реализации эффективного преобразования частоты в А-схеме комбинационного ионного лазера и наблюдения эффекта ЭИП в плазме, а разработанные экспериментальные методы - развить и применить для систем с близкими параметрами, в частности, для молекулярного натрия. Схемы уровней для перечисленных задач представлены па Рис.2.

Решение поставленной задачи включало следующие этапы:

1. Учет вклада нижнего лазерного уровня в контуре провала Лэмба. Сравнение величины уширения провала Лэмба на разных линиях криптонового и аргонового ионных лазеров. Исследование влияния кулоновского рассеяния на мощность одночастотной генерации ионных лазеров, Рис.1а.

2. Исследование кулоновского уширения резонансов насыщения в спектре пробного поля: а) спектр спонтанного испускания с лазерного уровня, Рис.2а; б) резонанс в спектре поглощения, соответствующий провалу Беннета на метастабильном уровне, Рис.2г (переход т — п).

3. Реализация антистоксова комбинационного лазера в А-схеме со стартовым метастабильным уровнем, Рис.2г, и исследование влиа) т I I п т I , I п т [ т |-1 п

Д) п е)

Рис. 2. Схемы 3-уровнсвой спектроскопии эффектов насыщения (а), НИЭФ (б) и полевого расщепления (о), индуцированных сильным лазерным полем в присутствие кулоновского рассеяния ионов. Схемы ВКР-лазера (г), четырехволнового смешения (ЧВС) (д) и 4-уровневой спектроскопии эффекта полевого расщепления, индуцированного двумя сильными полями (е). Лазерная генерация условно показана двойными стрелками, поля накачки - стрелками, пробные поля и генерируемые в процессе ВКР и ЧВС - волнистыми линиями, ширины уровней - боксами, населенности -кружками, полевое расщепление уровней - вилочками. яния кулоновских столкновений на его генерационные характеристики, сравнение схем с различными параметрами уровней.

4. Наблюдение и исследование формы резонансов, индуцированных НИЭФ и эффектом полевого расщепления, в присутствие кулоновского рассеяния в У- и А-схеме, Рис.26,в. Исследование влияния высших пространственные гармоник на полевое расщепление, индуцированное сильной стоячей волной.

5. Реализация комбинационной генерации и четырехволнового смешспия в парах с накачкой одпочастотпым аргоновым лазером, Рис.2д. Исследование формы нелинейных спектральных резонан-сов в двойной Л- и ТУ- схеме молекулярного натрия, Рис.2д,е: наблюдение эффектов полевого расщепления, индуцированных двумя сильными полями.

Диссертация состоит из введения, в котором сформулированы защищаемые положения, одной главы с описанием методов и техники эксперимента, пяти глав с изложением материала этапов исследований и заключения, в котором перечислены основные результаты.

Заключение

В завершение, перечислим основные результаты, полученные в данной работе.

1. Показано, что ширина резонанса насыщения в спектре спонтанного испускания ионов в 3-4 раза превышает радиационную ширину, а ширина провала Лэмба в тех же условиях - в 1,5-2 раза, что согласуется с представлением о диффузионном характере уширения провала Бсппста в распределении ионов по скоростям. Измеренные зависимости ширины провала Лэмба от концентрации, заряда и массы иона, констант релаксации уровней описываются моделью кулоновской диффузии с независящим от скорости коэффициентом.

2. Показано, что мощность одпочастотпой генерации из-за кулопов-® ской диффузии возрастает в 2-4 раза для различных ионных линий. При этом зависимость мощности от превышения над порогом является линейной, что соответствует однородному насыщению, вплоть до значений безразмерного параметра насыщения, сравнимых с величиной кулоновского параметра, х ~ 7 > 1. С учетом этого проведена оптимизация мощности одночастотной генерации на разных линиях в схеме выпукло-вогнутого резонатора.

Ф 3. Обнаружено гигантское кулоновское уширение нелинейного резонанса в спектре пробного поля, обусловленного провалом Беннета на метастабильном уровне: столкновительная ширина резонанса почти в 100 раз превышает радиационную. Экспериментально зарегистрирована экспоненциальная форма крыльев контура насе-ленностного резонанса, определяемая диффузионным характером уширспия. Показано, что насыщение поглощения па переходе с мс-тастабильных уровней Aril из-за кулоновской диффузии становится однородным, при этом релаксация метастабильных уровней в плазме ионных лазеров определяется электронным тушением.

В Л-схеме комбинационного ионного лазера Aril с бегущей волной накачки и стоячей антистоксовой волной обнаружен широкий 1 ГГц) пик генерируемой мощности в точном резонансе, вместо узкого провала, ранее наблюдавЩегося в аналогичных атомарных схемах. Показано, что эффект обусловлен действием ион-ионных столкновений, подавляющих 2-фотонную когерентность и по-разному уширяющих резонансные структуры в распределении населенностей уровней по скоростям. Показано, что эффект максимален в схеме с относительно долгоживущим уровнем и практически исчезает в схеме с короткоживущим конечным уровнем. Продемонстрировано, что эффективность преобразования в анти-стоксову волну достигает 60% за счет кулоновской диффузии.

Методом магнитного сканирования в F-схеме зеемановского ионного аргонового лазера зарегистрирован узкий 100 МГц) резонанс, обусловленный нелинейным интерференционным эффектом (НИЭФ). Показано, что из-за кулоновской диффузии резонанс уширяется примерно в 2,5 раза, форма резонанса приблизительно описывается квадратным корнем из лоренциана.

В спектре стоксова пробного поля в A-схеме Aril выделен эффект полевого расщепления. Показано, что кулоновские столкновения уширяют расщепленные компоненты дублета Аутлера-Таунса незначительно. В поле сильной стоячей волны обнаружен новый нелинейный резонанс в центре линии, индуцированный высшими пространственными гармониками поляризации на пробном переходе. Показано, что его амплитуда может быть сравнима с амплитудой дублета, а ширина определяется константами релаксации пробного перехода (<~100 МГц в эксперименте).

7. Получена непрерывная генерация па основе полностью резонансного четырехволнового смешения в двойной А-схеме молекулярного натрия с эффективностью преобразования до 20% по отношению к слабому полю накачки. В конфигурации полей накачки "сильное - слабое - сильное" получено насыщение выходной мощности в зависимости от интенсивности как одного, так и другого сильного полей. Показано, что причиной насыщения являются нескомпенсированные штарковские сдвиги, индуцированные двумя сильными полями. Показано, что оптимум преобразования достигается при примерно равных рабиевских частотах сильных полей.

8. Обнаружено, что в И-схеме молекулярного натрия с двумя сильными полями вместо обычного дублета Аутлера-Таунса в спектре пробного поля наблюдается до четырех компонент в зависимости от соотношения интенсивностей сильных полей. При близких рабиевских частотах сильных полей центральные компоненты сливаются в один пик вследствие компенсации штарковских сдвигов. С учетом уширяющих факторов получено согласие формы экспериментальных спектров с результатами численного расчета.

Таким образом можно констатировать, что поставленная цель диссертационной работы достигнута. Кулоновские столкновения в условиях плазмы ионных лазеров задают свойства большого многообразия ислипсйпо-спсктроскопичсских явлений. Детально изучено влияние кулоновского рассеяния на нелинейные спектральные резонансы, индуцированными эффектом насыщения, нелинейным интерференционным эффектом и эффектом полевого расщепления.

Наиболее сильно кулоновское рассеяние проявляется в резонсансах насыщения, обусловленных беннетовскими структурами в распределении населенностей уровней по скоростям. Разнообразные проявления эффекта: провал Лэмба, зависимость мощности генерации от превышения усиления над потерями, нелинейные резонансы в спектрах спонтанного испускания и пробного поля, дают близкие значения величины кулоповского уширепия провала Беппста па верхнем лазерном уровне. Уширспис измерено па разных линиях разных ионов в зависимости от параметров плазмы - по всей совокупности данных достигается хорошее согласие расчетных и экспериментальных данных. Наиболее ярко кулоновское рассеяние проявляется в уширепии провала Беппста па ме-тастабильпом уровне - столкповительпая (кулоповская) ширина превышает радиационную почти на 2 порядка, при этом форма крыльев контура становится экспоненциальной, а его ширина сравнима с тепловой. В этих условиях даже при большом доплеровском уширении излучение взаимодействует практически со всеми ионами, что позволило получить эффективное преобразование частоты в схеме комбинационного ионного лазера с метастабильными стартовыми уровнями. При этом зависимость мощности комбинационного лазера от частоты принципиально иная, чем в схемах нейтральных атомов с близкими параметрами уровней.

Проявления кулоновского рассеяния для когерентных эффектов, экспериментально исследованных в 3-уровневых системах АгН, не так сильны по величине, однако контуры резонансов претерпевают качественные изменения. Форма узкого двухфотонного пика в условиях сильной диффузии приобретает вид корня из лоренциана, ширина которого примерно в 2,5 раза больше, чем у лоренциана. Форма резонанса полевого расщепления (дублета Аутлера-Таупса) в присутствие кулопов-ской диффузии также изменяется - характерная величина уширения крыльев дублета и пика электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП) составляет примерно 1,4 раза. В поле сильной стоячей обнаружен новый резонанс - расщепление пика ЭИП, который получил исчерпывающие объяснение на основе рассмотрения высших пространственных гармоник поляризации. Этот эффект и новые проявления эффекта полевого расщепления в 4-уровневых системах (в двух сильных полях) имеют фундаментальное значение не только для плазмы, но и для всей нелинейной спектроскопии и резонансной нелинейной оптики.

В результате выполненной работы получена совокупность экспериментальных данных, которая позволяет установить основные закономерности и описать новое физическое явление - кулоновское уширение нелинейных резонансов в ионных спектрах.

В заключение автор хотел бы выразить глубокую признательность научным руководителям кандидатской диссертации В.И.Донину и С.Г.Раутиану, благодаря которым были начаты экспериментальные исследования нелинейных спектральных резонансов в плазме ионных лазеров, Д.А.Шапиро, осуществившему теоретическую поддержку большей части проведенных исследований, всем соавторам по работам: А.А.Аполонскому, Ю.И.Белоусову, Л.А.Гельмедовой, Г.А.Гершинскому, Б.Веллегехаузену, Т.Ю.Еременко, С.И.Каблукову, М.Клюгу, С.М.Кобце-ву, М.А.Кондратенко, А.Е.Куклину, Е.В.Подивилову, В.В.Потапову, М.Г.Степанову, Э.Тиманну, Т.Т.Тимофееву, С.В.Хореву, У.Хинце, А.И. Черных, Д.В.Чуркипу, - каждый из которых на разных этапах внес неоценимый вклад в получение результатов и достижение поставленных целей, а также всем сотрудникам группы перестраиваемых лазеров и спектроскопии плазмы ИАиЭ СО РАН и Лазерного центра "Инверсия", которые разделили со мной трудные будни экспериментальной работы на протяжении более 10 лет и оказали огромную техническую и моральную поддержку, в особенности С.А.Абдуллиной, Г.И.Вьюгову, В.Г.Гольдорту, В.П.Драчеву, С.Г.Игнатовичу, В.Л.Масюткину, Ю.И.Красникову, С.Н. Пензиной, М.А.Рыбакову, А.С.Яценко, а также всем участникам семинаров лабораторий физического направления ИАиЭ СО РАН под руководством С.Г.Раутиана, А.М.Шалагина и Д.А.Шапиро, полезная критика которых существенно улучшила содержание работы.

1. Gordon J.P., Zeiger H. J., Tournes С.H. Microwave oscillator and new hyperfine structure in the microwave spectrum of NH3//Phys. Rev.-1954.-V.95, N.l.-P.282-284.

2. Басов H.Г., Прохоров A.M. Применение молекулярных пучков для радиоспектроскопического изучения вращательных спектров молекул//ЖЭТФ.-1954.-Т.27, N.4.-C.431-438.

3. Maiman Т.Н. Stimulated optical radiation in ruby//Nature.-1960.-V.187, N.4736.-P.493-494.

4. Справочник по лазерам. / Под ред. А.М.Прохорова. В 2-х томах. Сов.радио, Москва. 1978.

5. Perry M.D., Mourou G. Terawatt to petawatt subpicosecond lasers//Science.-1994.-V.264, N.5161.-P.917-924.

6. Protopapas M., Keitel С.H., Knight P.L. Atomic physics with superhigh intensity lasers//Reports on Progress in Physics.-1997.-V.60, N.4.-P.389-486.

7. Brabec T., Krausz F. Intense few-cycle laser fields: Frontiers of nonlinear optics//Reviews of Modern Physics.-2000.-V.72, N.2.-P.545-591.

8. Hentschel M., Kienberger R., Spielmann C., Reider G.A., Milosevic N., Brabec T., Cor cum P., Heinzmann U., Drescher M., Krausz F. Attosecond metrology//Nature.-2001.-V.414, N.6863.-P.509-513.

9. Архипкин В.Г., Попов А.К. Нелинейная оптика и преобразование света в газах//Успехи физ. наук.-1987.-Т.153, N.3.-C.423-468.

10. White J.С. Stimulated Raman scattering//Topics in Applied Physics .-1989 .-V.59.-P. 115-207.

11. Dianov E.M. Advances in Raman fibers//J. Lightwave Technnol.-2002.-V.20, N.8.-P. 1457-1462.

12. Jamroz W., Stoicheff B.P. Generation of tunable coherent vacuum ultraviolet radiation. In: Progress in Optics, ed. E. Wolf, -V. XX, -P. 325-380. North Holland Publ. Сотр., Amsterdam. 1983.

13. Dunn M.H., Ebrahimzadeh M. Parametric generation of tunable light from continuous-wave to femtosecond pulses//Science.-1999.-V.286, N.5444-P.1513-1517.

14. Желтиков A.M. Дырчатые волноводы//Успехи физ. наук.-2000.-Т.170, N.ll.-C.1203-1215.

15. Wadsworth W.J, Ortigosa-Blanch A., Knight J.C., Birks T.A., Man T.P.M., Russell P.S. Supcrcontinuum generation in photonic crystal fibers and optical fiber tapers: a novel light source//JOSA B.-2002.-V.19, N.9.-P.2148-2155.

16. Lukin M.D., Hemmer P.R., Scully M.O. Resonant nonlinear optics in phase-coherent media//Adv. At. Mol. Opt. Phys.-2000.-V.42, N.3.-P.347-386.

17. Harris S.E. Electromagnetically induced transparency//Physics Today.-1997.-V.50, N.7.-P.36-42.

18. Marangos J.P. Elcctromagnctically induced transparency//J. Mod. Opt.-1998.-V.45, N.3.-P.471-503.

19. Shen Y.R. The principles of nonlinear optics. John Wiley & Sons, New York etc. 1984. Шен И.P. Принципы нелинейной оптики. / Пер. с англ. под ред. С.А.Ахманова. М.:Наука, 1989. - 558 е.].

20. Rcintjcs J. Nonlinear optical parametric processes in liquids and gases. Academic Press, Orlando. 1984.

21. Раутиан С.Г., Смирнов Г.И., Шалагин A.M. Нелинейные резонан-сы в спектрах атомов и молекул. Наука, Новосибирск. 1979. 312 с.

22. Попов А.К. Введение в нелинейную спектроскопию. Наука, Новосибирск. 1983. 274 с.

23. Stenholm S. Foundations of laser spectroscopy. Wiley, New York etc. 1984. Стенхольм С. Основы лазерной спектроскопии. / Пер. с англ. М.:Мир, 1987. - 312 е.].

24. Demtroder W. Laser spectroscopy: basic concepts and instrumentation. Springer-Verlag, Berlin etc. 1981, 1996. Демтрёдер В.: Основные принципы и техника эксперимента. / Пер. с англ. под ред. И.И.Собельмана. М.:Наука, 1985. - 608 е.].

25. Rautian S.G., Shalagin A.M. Kinetic problems of nonlinear spectroscopy. Elsevier, Amsterdam. 1991.

26. Kocharovskaya 0. Amplification without inversion//Phys. Rep.-1992.-V.219, N.3-6.-P.175-190.

27. Агапьев В.Д., Горный М.Б., Матисов Б.Г., Рождественский Ю.В. Когерентное пленение населенностей в квантовых системах//УФН.-1993.-Т.163, N.9.-C.1-36.

28. Scully М.О., Zubairy M.S. Quantum Optics. Cambridge University Press, Cambridge. 1995.

29. Arimondo E. Coherent population trapping in laser spectroscopy. In: Progress in Optics, ed. E. Wolf, -V. XXXV, -P. 257-354. Elsevier Science B.V., Amsterdam. 1996.

30. Попова Т.Я., Попов А.К., Раутиан С.Г., Феоктистов А.А. О резонансных радиационных процессах//ЖЭТФ -1969.-Т.57, N.8.-С.444-451.

31. Попова Т.Я., Попов А.К., Раутиан С.Г., Соколовский Р.И. Нелинейные интерференционные эффекты в спектрах испускания, поглощения и генерации//ЖЭТФ.-1969.-Т.57, N.9.-C.850-863.

32. Попов А.К. Усиление без инверсии и лазерно-индуцированная прозрачность на дискретных переходах и переходах в контину-ум//Изв. Акад. Наук., сер. физ.-1996.-Т.60, N.6.-C.99-120.

33. Lamb W.E. Theory of an optical maser//Phys. Rep.-1964.-V.134, N.6A.-P.1429-1450.

34. Раутиаи С.Г., Собельман И. И. Форма линии и дисперсия в области положительного поглощения с учетом вынужденных переходов//ЖЭТФ.-1961.-Т.41, N.2.-C.456-464.

35. Bennett W.R. Hole burning effects in a He-Ne optical laser//Phys. Rcv.-1962.-V.126, N.2, scr. 2.-P.580-593.

36. Bloembergen N. Nonlinear optics and spectroscopy//Reviews of Modern Physics.-1982.-V.54, N.3.-P.685-695.

37. Schawlow A.L. Spectroscopy in a new light//Reviews of Modern Physics.-1982.-V.54, N.3.-P.697-707.

38. Chu S. The manipulation of neutral particles//Reviews of Modern Physics.-1998.-V.70, N.3.-P.685-706.

39. Cohen-Tannoudji C.N. Manipulating atoms with photons//Reviews of Modern Physics.-1998.-V.70, N.3.-P.707-719.

40. Phillips W.D. Laser cooling and trapping of neutral atoms//Reviews of Modern Physics.-1998.-V.70, N.3.-P.721-741.

41. Cornell E.A., Wieman C.E. Nobel Lecture: Bose-Einstein condensation in a dilute gas, the first 70 years and some recent experiments//Reviews of Modern Physics.-2002 -V.74, N.3.-P.875-893.

42. Ketterle W. Nobel lecture: When atoms behave as waves: Bose-Einstein condensation and the atom laser//Reviews of Modern Physics.-2002.-V.74, N.4.-P.1131-1151.

43. Зайдель A.H., Островская Г.В. Лазерные методы исследования плазмы. Наука, М. 1977. 219 с.

44. Барышников Ф.Ф., Лисица B.C. Контуры атомных линий поглощения лазерного излучения в плазме//Физика плазмы.-1977.-Т.З, N.2.-C.701-709.

45. Китаева В.Ф., Одинцов А.И., Соболев Н.Н. Ионные оптические квантовые генераторы непрерывного действия//Успехи физ. наук.-1969.-Т.99, N.3.-C.361-416.

46. Bridges W.B., Chester A.N., Halsted A.S., Parker J.V. Ion laser plasmas//Ргос. IEEE-1971.-V.54, N.5.-P.724-737.

47. Davis C.C., King T.A. Gaseous ion lasers. In: Advances in Quantum Electronics, -V. 3, -P. 169-454. Academic Press, New York etc. 1975.

48. Dunn M.H., Ross J.N. The argon ion lasers//Progr. Quant. Electr.-1976.-V.4, N.3.-P.233-269.

49. Допип В.И. Физические основы ионных газовых лазеров большой мощности. Дисс. на соиск. уч. степ. докт. физ.-мат. наук, ИАиЭ СО РАН, Новосибирск. 1988.

50. Донин В.И. Мощные ионные газовые лазеры. Наука, Новосибирск. 1991. 208 с.

51. Griem H.R. Spectral Line Broadening by Plasmas. Academic Press, New York. 1974. Грим Г. Уширение спектральных линий в плазме /Перев. с английского под ред. Г.А.Кобзева и Г.В.Шолина. -М.:Мир, 1978. 492 е.].

52. Смирнов Г.И., Шапиро Д.А. Об уширении спектральных линий вследствие кулоновского взаимодействия//ЖЭТФ.-1979.~ Т.76, N.6.-C.2084-2093.

53. Раутиан С. Г. О влиянии столкновений на спектральные характеристики газовых квантовых генераторов//ЖЭТФ.-1966.-Т.51, N.4.-C.1176-1188.

54. Paymuaii С.Г. Некоторые вопросы теории газовых квантовых гс-нераторов//Труды ФИАН.-1968.-Т.43, N.2.-C.3-115.

55. Раутиан С.Г. Диффузионное приближение в проблеме миграции частиц в газе//Успехи физ. наук.-1991.-Т.161, N.11.-C.151-170.

56. Барышников Ф.Ф., Лисица B.C. Броуновское движение атомов и ионов и нелинейные эффекты в поглощении света//ЖЭТФ.-1982.-Т.82, N.4.-C.1058-1069.

57. Колъченко А.П., Смирнов Г.И. Спектры излучения атомов имолекул, ускоряемых постоянным внешним полем, в газах и плазме//ЖЭТФ.-1976.-Т.71, N.9.-C.925-937.

58. Раутиан С.Г., Смирнов Г.И. Нелинейные резонансы ускоряемых атомов и молекул//ЖЭТФ.-1978-Т.74, N.4.-C.1295-1306.

59. Смирнов Г.И., Шапиро Д.А. Эффекты ускорения при резонансном взаимодействии световых полей с ионами низкотемпературной плазмы//Квант. электр.-1979.-Т.6, N.4.-C.867-869.

60. Смирнов Г.И., Шапиро Д.А. Нелинейные эффекты в генерации ионных лазеров//ЖЭТФ.-1981.-Т.81, N.2.-C.457-467.

61. Барышников Ф.Ф., Лисица B.C., Су хин С. А. Адиабатическая инверсия населенностей и нелинейное поглощение света ускоряемыми атомами//Письма в ЖЭТФ.-1981.-Т.ЗЗ, N.4.-C.199-202.

62. Смирнов Г.И., Шапиро Д.А. Циклотронные резонансы в ионных спектрах//ЖЭТФ.-1984.-Т.87, N.5.-C.1639-1648.

63. Смирнов Г.И., Шапиро Д.А. Нслиисйпыс параметрические резо-нансы в ионных спектрах//Квант. электр.-1981.-Т.8, N.1.-C.213-216.

64. Раутиан С.Г., Смирнов Г.И., Шапиро Д.А- Уширение нелинейных спектральных резонансов при взаимодействии ионов через плазменные волны//Доклады АН СССР.-1982.-Т.272, N.3.-C.600-603.

65. Шапиро Д.А. Нелинейная спектроскопия плазмы ионных лазеров. Дисс. на соиск. уч. степ. докт. физ.-мат. наук, ИАиЭ СО РАН, Новосибирск. 1992.

66. Bennett W.R. Jr., Ballik Е.А., Mercer G.N. Spontaneous-emission line shape of ion laser transitions//Phys. Rev. Lett.-1966.-V.16, N.14.-P.603-605.

67. Sze R.C., Bennett W.R. Jr. Spontaneous-emission profiles of argonion laser transitions//Phys. Rev. A-1972.-V.5, N.2.-P.837-853.

68. Донин В.И., Раутиан С.Г., Смирнов Г.И., Шапиро Д. А. Кулонов-ское уширение нелинейных резонансов в ионных спектрах//Изв. Акад. Наук., сер. физ.-1981.-Т.45, N.8.-C.1496-1499.

69. Бабин С.А., Доить В.И., Шапиро Д.А. Кулоновскос уширение нелинейных резонансов в оптических спектрах ионов//ЖЭТФ.-1986.-Т.91, N.10.-C.1270-1279.

70. Вабин С.А., Донин В.И., Родишевский А.В., Шапиро Д.А. Куло-новское уширение провала Лэмба в Аг-^-л аз ере//Квант, электр.-1988.-Т.15, N.6.-C.1261-1269.

71. Бабин С.А. Роль кулоновского рассеяния ионов в формировании провала Лэмба в аргоновом лазере. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук, ИАиЭ СО РАН, Новосибирск. 1990.

72. Алум Х.П., Ковальчук Ю.В., Островская Г.В. Нелинейный дисперсионный интерферометр//Письма в ЖТФ.-1981.-Т.7, N.22.-С.1359-1364.

73. Алферов Г.Н., Бабин С.А., Драчев В.П. Нелинейная дисперсионная интерферометрия плазмы аргонового лазера//0пт. и спектр.-1987.-Т.63, N.3.-C.594-599.

74. Vasilenko L.S., Kochanov V.P., Chebotaev V.P. Nonlinear dependence of optical resonance widths at CO2 transitions on pressure//Opt. Comm.-1977.-V.20, N.3.-P.409-411.

75. Кофман А.Г., Бурштейн А.И. Кинетика насыщения допплеров-ского спектра//ЖЭТФ.-1979.-Т.76, N.6.-C.2011-2025.

76. Feitisch A., Schnier D., Müller T., Wellegehausen В. Continuous Anti-Stokes-Raman laser oscillations in argon-laser plasma//IEEE J. Quantum Electronics.-1988.-V.24, N.8.-P.507-511.

77. Paymuau С.Г., Шапиро Д.А. Диффузионный контур нелинейного резонанса в трехуровневой системе//ЖЭТФ.-1988.-Т.94, N.10.-С.110-124.

78. Лебедева В.В., Одинцов А.И., Главатских H.A., Гринь Л.Е., Шулъга А.Г. Исследование штарковского уширения нелинейных трехуровневых резонансов на связанных переходах Аг11//Журн. прикл. спектр.-1984.-Т.41, N.3.-C.385-388.

79. Chester A.N. Experimental measurements of gas pumping in an argon discharge//Phys. Rep.-1968.-V.169, N.1.-P.184-193.

80. Wang С.P., Sandstrom R.L. Three-mirror stable resonator for highpower and single-mode lasers//Appl. Opt.-1975.-V.4, N.6.-P.1285-1289.

81. Алфёров Г.И., Григорьев В.А., Донин В.И. Селекция излучения в мощных аргоновых лазерах//Квант. электр.-1978.-Т.5, N.1.-C.29-35.

82. Аполонский А.А., Донин В.И., Тимофеев Т.Т. Мощный аргоновый лазер с расширенными функциональными возможностя-ми//Квант. электр.-1986.-Т.13, N.5.-C.1004-1009.

83. Hariharan P. Concentric ctalon for singlc-frcqucncy operation of highpower ion lasers//Opt. Lett.-1982.-V.7, N.6.-P.274-275.

84. Троицкий Ю.В. Одночастотная генерация в газовых лазерах. Наука, Новосибирск. 1975. 160 с.

85. Подивилов Е.В., Черных А.И., Шапиро Д. А. Сужение ионных линий в плотной плазме//ЖЭТФ.-1994.-Т.Ю5, N.5.-C.1214-1231.

86. Podivilov E.V., Shapiro D.A., Stepanov M.G. Narrowing of the Bennett hole in collisional plasma//Phys. Rev. Lett.-1995.-V.74, N.20.-P.3979-3982.

87. Курлаев К.Б., Шапиро Д. А. Влияние диффузии ионов в пространстве скоростей на эффект насыщения//Квант. электр.-1994.-Т.21, N.11.-C.1080-1084.

88. Степанов М.Г., Шапиро Д.А. Полевое уширение диффузионного резонанса//ЖЭТФ.-1998.-Т.113, N.5.-C.1632-1649.

89. Stepanov M.G., Shapiro D.A. Diffusion-broadened line shape near a turning point//Письма в ЖЭТФ.-1998 -T.68, N.1.-C.27-32.

90. Атутов C.H., Кочанов В.П., Сапрыкин Э.Г., Смирнов Г.И. Лазерный спектрометр Фабри-Перо//Опт. и спектр.-1977.-Т.43, N.2.-С.331-338.

91. Гринь JI.E., Зарослова О.С., Карталева С.С., Лебедева В.В., Одинцов А.И. Исследование времени жизни верхнего лазерного уровня Aril 4р2£>5/2 по спонтанной эмиссии на смежном перехо-де/'/Вестник МГУ, сер. физ. астр.-1987.-Т.28, N.2.-C.83-85.

92. Willems H.M.I., Yuasa К., van der Sijde В., Schram D.C., van der Mullen J.A.M. Laser fluorescence experiments with a pulsed dye laser in an argon plasma//J. Quant. Spectr. Radiat. Trans.-1989.-V.41, N.4.-P.251-258.

93. Elbel M., Simon M., Welp H. Hole burning and optical pumping by single-mode laser light//Quant. Opt.-1990.-V.2, N.5.-P.351-364.

94. Кольченко А.П., Пухов А.А., Раутиан С.Г., Шалагин A.M. Влияние селективных столкновений на распределение атомов по скоростям и на нелинейные интерференционные эффекты//ЖЭТФ,-1972.-Т.65, N.4.-C.1173-1193.

95. Бакланов Е.В., Бетеров И.М., Дубецкий Б.Я., Чеботаев В.П. Нелинейные эффекты в линии резонансного ВКР в газе в поле стоячей волны//Письма в ЖЭТФ.-1975.-Т.22, N.5.-C.289-293.

96. Moruzzi G., Strumia F., Beverini N. Nonlinear Hanle effect and its applications to laser physics. In: Hanle effect and level crossing spectroscopy, chapt.VI, eds. G. Moruzzi, F. Strumia, -P. 123-235. Plenum Publ., New York, London. 1990.

97. Del Gobbo G., Giammanco F., Maccarone F., Marsili P., Strumia F. Nonlinear Hanle effect in the active discharge of an argon laser//Appl. Phys. B.-1997.-V.64, N.3.-P.349-354.

98. Autler S.H., Townes C.H. Stark effect in rapidly varying field//Phys. Rev-1955 -V.100, N.2.-P.1020-1026.

99. Feldman B.J., Feld M.S. Laser-induced linc-narrowing effects in coupled Doppler-broadened transitions. II. Standing-wave features//Phys. Rev. A.-1972.-V.5, N.2.-P.899-918.

100. Wellegehausen B. Optically pumped CW dimer lasers//IEEE J. Quantum Electronics.-1979.-V.15, N.10.-P.1108-1130.

101. Jain M., Xia H., Yin G.Y., Merriam A.J., Harris S.E. Efficient nonlinear frequency conversion with maximal atomic coherence//Phys. Rev. Lett.-1996.-V.77, N.21.-P.4326-4329.

102. Lin J., Rubiera A.I., Zhu Y. Nearly resonant four-wave mixing with bichromatic laser fields in a Rb atomic systems//Phys. Rev. A.-1995.-V.52, N.6.-P.4882-4885.

103. Бабин С.А., Тимофеев T.T. Кулоповскис столкновения и выходная мощность ионных лазеров//Опт. и спсктр.-1989.-Т.66, N.3.-С.1153-1158.

104. Бабин СЛ., Гельмедова Л.А., Шапиро Д.А. Эффекты куло-новских столкновений в комбинационном ионном лазере//Квант. электр.-1991.-Т. 18, N.10.-C.1151-1153.

105. Бабин СЛ., Раутиан С.Г., Шапиро ДЛ. Трехуровневая нелинейная спектроскопия кулоновских столкновений//Квант. электр.-1992.-Т.19, N.11.-C.1139-1144.

106. Бабин СЛ., Гершинский ГЛ., Еременко Т.Ю., Тимофеев Т. Т., Хорее С.В. Выпукло-вогнутый резонатор для модовой селекции в широкоапертурном лазере//Квант. электр.-1994.-Т.21, N.2.-C.121-125.

107. Бабин СЛ., Еременко Т.Ю., Куклин А.Е., Хорее С.В. Волно-водный режим генерации широкоапертурного Аг"'~-лазера//Квант. электр.-1994.-Т.21, N.9.-C.817-820.

108. Babin S.A., Shapiro D.A. Spectral Line Broadening due to the Coulomb Interaction in Plasma//Phys. Rcp.-1994.-V.241, N.3-4-P.119-217.

109. Babin S.A., Kablukov S.I., Khorev S.V., Shapiro D.A. Lasing on a weak intercombination transition 4р45з/2 —> 4я2Рз/2 in ArII//J. Quant. Spectr. Radiat. Trans.-1996.-V.55, N.2.-P.259-266.

110. Бабин С.А., Еременко Т.Ю., Кондратенко М.А., Куклии А.Е. Магнитоплазменный эффект в ионных лазерах при высокой степени ионизации газа//Квант. электр.-1996.-Т.23, N.6.-C.518-520.

111. Бабин С.А., Каблуков С.И., Кондратенко М.А., Шапиро Д.А. Нелинейный интерференционный эффект в зеемановском ионном лазере//Письма в ЖЭТФ.-1996.-Т.64, N.4.-C.241-247.

112. Babin S., Hinze U., Tiemann E., Wellegehausen B. Continuous resonant four-wave mixing in double-A level configuration of Na2//Opt. Lett.-1996.-V.21, N.15.-P.1186-1188.

113. Apolonsky A.A., Babin S.A., Chernykh A.I., Kablukov S.I., Khorev S. V., Podivilov E. V., Shapiro D.A. Giant Coulomb broadening and Raman lasing in ionic transitions//Phys. Rev. A.-1997.-V.55, N.I.-P.661-668.

114. Babin S.A., Podivilov E. V., Shapiro D.A. Effects of two strong fields in resonant four-wave mixing//nncbMa в ЖЭТФ.-1997.-Т.66, N.12.-C.777-783.

115. Бабин С.А., Каблуков С.И., Кобцев С.М. Параметры метастабиль-ных уровней Aril в газоразрядной плазме//Опт. и спектр.-1998.-Т.84, N.6.-C.915-921.

116. Babin S.A., Podivilov E.V., Shapiro D.A. Effect of a strong driving field upon the spontaneous decay in resonant four-wave mixing//Physics of Vibrations.-1998.-V.6, N.2.-P. 123-132.

117. Babin S.A., Kablukov S.I., Shapiro D.A. Saturation spectroscopy of ion metastable states in plasma//Physics of Vibrations.-1998.-V.6, N.2.-P.150-157.

118. Dabin S.A., Podivilov E.V., Shapiro D.A., Hinze U., Tiemann E., Wellegehausen B. Effects of strong driving fields in resonant four-wave mixing schemes with down-conversion//Phys. Rev. A.-1999.-V.59, N.2.-P.1355-1366.

119. Бабин С.А., Хорее С.В. Селекция продольных мод лазера без наклона внутрирезонаторного эталона Фабри-Перо//Квант, электр.-1999.-Т.27, N.1.-C.42-46.

120. ВаЫп S.A., Kablukov S.I., Hinze U., Tiemann E., Wellegehausen B. Level-splitting effects in resonant four-wave mixing//Opt. Lett.2001.-V.26, N.2.-P.81-83.

121. Babin S.A., Kablukov S.I., Khorev S. V., Podivilov E. V., Potapov V. V., Shapiro D.A., Stepanov M.G. Resonant peak in output spectral profile of ionic anti-Stokes Raman laser//Phys. Rev. A.-2001.-V.63.-N.063804.-P.1-8.

122. Babin S.A., Belousov Yu.I., Kablukov S.I., Shapiro D.A., Hinze U., Klug M., Wellegehausen B. Probe-field spectra of iV-scheme in strong inhomogeneous field//'J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.-2001.-V.34, N.18.-P.3641-3653.

123. Бабин С.А., Подивилов E.B., Потапов В.В., Чуркии Д.В., Шапиро Д.А. Нелинейный резонанс, индуцированный высшими пространственными гармониками когерентности//ЖЭТФ.-2002.-Т.121, N.4.-C.807-818.

124. Бабин С.А., Каблуков С.И., Кобцев С.М., Потапов В.В., Чуркии Д. В. Спектр антистоксова комбинационного ионного лазера в Л-схемах с различными параметрами уровней//Квант. электр.2002.-Т.32, N.5.-C.455-459.

125. Dabin S.A., Churkin D.V., Podivilov E.V., Potapov V.V., Shapiro D.A. Splitting of the peak of clectromagnctically induced transparency by the higher-order spatial harmonics of the atomic coherence//Phys. Rev. A.-2003.-V.67, N.043808.-P. 1-5.

126. Babin S.A., Shapiro D.A. Coulomb broadened spectral resonances. In: Spectral Line Shapes, V.6, eds. L.Frommhold, J.W.Keto, -V. 216 of AIP Conf. Proc., -P. 48-62. AIP Press, New York. 1990.

127. Babin S.A., Shapiro D.A. Coulomb broadening of spectral resonances in plasma. In: Nonlinear Optics, ed. S. Rautian, -P. 85-89. Nova Science Publishers, New York. 1992.

128. Babin S.A., Gel'medova L.A., Shapiro D.A. Collisional effects in plasma-based CW Raman laser. In: Ultrashort Wavelength Lasers, ed. S. Suckewer, -V. 1551 of Proc. SPIE, -P. 107-111. SPIE, Bellingham, Washington. 1992.

129. Press, Woodbury, New York. 1997.

130. Babin S.A., Kablukov, S.I. Kondratenko M.A., Shapiro D.A. Nonlinear interference effect in ionic Zeeman laser. In: Spectral Line Shapes, V.9, eds. M. Zoppi, L. Ulivi, -V. 386 of AIP Conf. Proc., -P. 259-260. AIP Press, Woodbury, New York. 1997.

131. Babin S.A., Kablukov S.I., Shapiro D.A. Saturation spectroscopy of ion metastables in plasmas. In: 11th International Vavilov Conference on Nonlinear Optics, ed. S. Rautian, -V. 3485 of Proc. SPIE, -P. 494501. SPIE, Bcllingham, Washington. 1998.

132. Korotccv, -V. 3733 of Proc. SPIE, -P. 145-154. SPIE, Bcllingham, Washington. 1999.

133. Алферов Г.Н., Донин В.И., Юршин Б.Я. Аргоновый ОКГ непрерывного действия мощностью 0.5 кВт//Письма в ЖЭТФ.-1973.-Т.18, N.10.-C.629-631.

134. Бабин С.А., Голдина Н.Д., Донин В.И., Куклин А.Е., Яценко A.C. Генерационные характеристики и параметры плазмы сильноточных аргоновых лазеров//Квант. электр.-1989.-Т.16, N.6.-C.2207-2215.

135. Babin S.A., Donin V.I., Kuklin A.E. High-power CW UV Ar++ laser with a transverse gas flow//J.Phys.D: Appl. Phys.-1991.-V.24, N.I.-P.7-10.

136. Допип В.И., Клементьев В.М., Чеботаев В.П. Сильноточный аргоновый лазер//Журн. прикл. спектр-1966.-Т.5, N.3.-C.388-390.

137. Донин В.И. Дуговой катод непрерывного разряда при пониженном давлении рабочего газа//ПТЭ.-1971, N.3.-C.161-164. Авторское• свид. N289458, Бюлл. изобрет., 1971, JV» 1.

138. Carlson L. R., Hegedus D. A. Discharge tube for a gas laser//US Patent.-12 January 1988, N.4,719,638 (filed 1 August 1985).

139. See B.A., Garwoli W., Hughes J.L. Precautions required when using a continuous gas flow in high-current ion lasers//IEEE J. Quantum Electronics.-1967.-V.QE-3, N.4.-P.169-170.

140. Бабин С.А., Куклин A.E., Яценко А.С. Способ возбуждения разряда в разрядном канале проточного ионного лазера (авторское свидетельство N1672901, приоритет от 24.02.89)//Изобретения СО РАН за 1992 г.-1993-С.315-316.

141. Фрейпкман Б.Г. Распределение давления нейтральных атомов по длине разрядной ионного ОКГ//ЖТФ.-1971.-Т.41, N.10.-C.2211-2215.

142. Babin S.A., Kuklin A.E. Pressure balance for the high-current low-pressure arc discharge. In: Contrib. Papers of the ICPIG XIX (Belgrade, July 10-14, 1989), ed. J.M.Labat, -V. 4, -P. 694-695. University of Belgrade, Belgrade. 1989.

143. Алферов Г.Н., Донин В. И. Ионный лазер с поперечной сверхзвуковой прокачкой газа//Изв. Акад. Наук., сер. физ.-1980.-Т.44, N.10.-С.2079-2082.

144. Tonks L., Langmuir I.A. A general theory of the plasma of an arc//Phys. Rev.-1929.-V.34, N.5.-P.876-921.

145. Овсепян Ю.И. Исследование разряда ионного аргонового лазера непрерывного действия//Труды ФИАН.-1984.-Т.145.-С.З-78.

146. Доиии В.И. Насыщение выходной мощности с током разряда в мощных аргоновых ОКГ непрерывного действия//ЖЭТФ.-1972.-Т.62, N.6-С. 1648-1660.

147. Hopf F.A., Tomita A., Al-Jumaily G. Second-harmonicinterferometers//Opt. Lett-1980 -V.5, N.9.-P.386-388.

148. Babin S.A., Drachev V.P., Zerrouk A.F. Dispersion interferometer using orthogonally polarized waves//US Patent.-24 June 1997, N.5,642,195 (filed 25 December 1992).

149. Драчев В.П. Нелинейный режим дисперсионного интерферомет-ра//Опт. и спектр.-1993.-Т.75, N.2.-C.473-478.

150. Drachev V.P., Krasnikov Yu.I., Bagryansky P.A. Dispersion interferometer for controlled fusion devices//Rev. Sci. Instr.-1993.-V.64.-P. 1010-1013.

151. Спитцер Jl. Физика полностью ионизованного газа. ИИЛ, М. 1957. 112 с.

152. Донин В.И. Об уширении ионных линий, наблюдаемых вдоль оси сильноточного разряда аргонового лазера//0пт. и спектр.-1980.-Т.48, N.6-С.1065-1071.

153. Webb C.E. A new technique for measurements of radial distributions of cxcitcd spccics in plasmas and its application to capillary discharges in argon//J. Appl. Phys.-1968.-V.39, N.12.-P.5441-5470.

154. Barthel K, Boscher J., Salk J., Schafer G. Axial and radial ion movement in the plasma of an ion laser//Appl. Physics.-1975.-V.8, N.l.-P.79-84.

155. Ананьев Ю. А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. Наука, М. 19901. 263 с.

156. Вадалян A.M., Бондарев Б.В., Донин В.И., Тимофеев Т.Т. Мощный аргоновый лазер для применения в голографии//Квант. электр-1986.-Т.13, N.9-С.1917-1919.

157. Chester R.B., May dan D. Convex-concave resonator for TEMqq operation of solid-state ion laser//J. Appl. Phys.-1972.-V.5, N.6.-P.2254-2257.

158. Kogelnik H., Li T. Laser beams and resonators//Proc. IEEE.-1966.-V.54, N.10.-P. 1312-1329.

159. Li T. Diffraction loss and selection of modes in maser resonators with circular mirrors//Bell Syst. Tech. J.-1965.-V.44, N.5.-P.917-932.

160. Белоусова И.М., Данилов О.Б. Исследование различных типов резонаторов с целью получения одномодового ОКГ с оптимальными параметрами//ЖТФ.-1967.-Т.37, N.8.-C.1519-1526.

161. Sinclair D.C. Choice of mirror curvatures for gas laser cavities//Appl. Opt.-1964.-V.3, N.9.-P.1067-1071.

162. Троицкий Ю.В. Осциллографическая регистрация появления вне-осевых мод в газовом ОКГ//ПТЭ.-1973, N.2.-C.179-180.

163. Hercher M. Tunable single mode operation of gas lasers using intracavity tilted etalons//Appl. Opt.-1969.-V.8, N.6.-P.1103-1106.

164. Smith P.W. Mode selection in lasers//Proc. IEEE.-1972.-V.56, N.4.-P.422-440.

165. Бабин С.А., Тимофеев T.T., Куклин A.E. Устойчивый резонатор лазера (патент РФ N2069430, приоритет от 2.07.92)//Бюлл. изобретений-1996, N.32.-C.218.

166. Berman P.R. Study of collisions by laser spectroscopy//Adv. At. Mol. Phys.-1977.-V.13, N.10.-P.57-112.

167. Gel'medova L.A., Shapiro D.A. The Dicke effect in nonlinear spectroscopy/ / J. Mod. Opt.-1991.-V.38, N.3.-P.573-578.

168. Bennett W.R. Jr., Kindlmann P.J., Mercer G.N., Sunderland J. Relaxation rates of the Ar+ laser levels//Appl. Phys. Lett.-1964.-V.5, N.8.-P.158-160.

169. Luyken B.F.J. Transition probabilities and radiative lifetimes for ArII//Physica.-1972.-V.60, N.2.-P.432-458.

170. Королев Ф.А., Лебедева В.В., Новик А.Е., Одинцов А.И. Экспериментальное определение радиационных времен жизни резонансных уровней Aril и Кг11//Опт. и спектр.-1972.-Т.ЗЗ, N.4.-C.788-791.

171. Camhy-Val С., Dumont A.M., Dreux М., Perret L., Vanderriest С. Mean lifetimes of excited levels of ArII//J. Quant. Spectr. Radiat. Trans.-1975.-V.15, N.6.-P.527-530.

172. Логинов А.В., Груздев П.Ф. Полуэмпиричсский расчет вероятностей переходов и времен жизни уровней в спектрах ионов Аг11//Опт. и спектр.-1978.-Т.44, N.5.-C.845-850.

173. Ward L., Wannstrom A., Arnesen A., Hallin R., Vogel О. Radiative lifetimes of excited levels in the homologous ions Aril, KrII and Xell//Phys. Scripta.-1985.-V.31, N.2.-P.149-158.

174. Hibbert A., Hansen J.E. Transitions in ArII//J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.-1994.-V.27, N.15.-P.3325-3347.

175. Aparicio J.A., Gigosos M.A., Mar S. Transitions probability measurement in an Aril plasma//J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.-1997.-V.30, N.14 -P.3141-3157.

176. Marantz H., Rudko R.I., Tang C.L. The singly ionized krypton ion laser//IEEE J. Quantum Electronics.-1969.-V.QE-5, N.1.-P.38-44.

177. Donnelly K.E., Kindlmann P. J., Bennett W.R. Jr. Radiative lifetimes of noble-gas ion-laser states: collected results//IEEE J. Quantum Electronics.-1974-V.QE-10, N. 11 -P.848-849.

178. Fink U., Bashkin S., Bickel W.S. Transitions and level lifetimes in Nell,III, Aril,III, KrII,III and XeII//J. Quant. Spectr. Radiat. Trans.-1970.-V.10, N.12.-P.1241-1256.

179. Ceyzeriat P., Denis A., M. Dufay Transition probabilities and lifetimes in ArIII//JOSA.-1971.-V.61, N.5.-P.641-642.

180. Груздев П.Ф. Изоэлектронный ряд серы SI.CuXIV. Переход Зр -4p4s. Уровни энергии, длины волн и силы осцилляторов//Опт. и спектр.-1970.-Т.28, N.4.-C.615-621.

181. Livingston A.E., Irwin D.J.G. Lifetime measurements in Arll-ArVIII//JOSA.-1972.-V.62, N.11.-P.1303-1308.

182. Владимирова H.H., Коньков И.Д., Ровинский Р.Е., Чебуркин Н.В. Сравнение времени жизни и скорости возбуждения уровней 4p2D%/2 и 4p4D%/2 ионизованного аргона//ЖЭТФ-1969 -Т.57, N.11.-C.1506-1512.

183. Jolly J. Determination of the rate coefficients for the collisional excitation and deexcitation of the upper laser levels of Ar+//J. Quant. Spectr. Radiat. Trans.-1978.-V.20.-P.503-518.

184. Аполонский A.AБабин С.А., Тимофеев T.T. Константы тушения некоторых уровней Aril и АгШ в плазме ионного лазера//0пт. и спектр.-1985.-Т.59, N.3.-C.714-716.

185. Konjevic N., Labat J., Circovic L., Puric J. Measurement of the Stark broadening parameters of some singly ionized argon lines//Z. Physik.-1970.-V.235, N.l.-P.35-43.

186. Platisa M., Popovic M., Dimitrijevic M., Konjevic N. Stark broadening of AIII and AIV lines//Z. Naturforsch.-1975.-V.30A, N.2.-P.212-215.

187. Nick K.-P., Helbig V. Experimental Stark broadening parameters for Aril and Xell lines//Phys. Scripta.-1986.-V.33, N.1.-P.55-60.

188. Pittman T.L., Konjevic N. Stark broadening along homologous sequences of singly ionized noble gases//J. Quant. Spectr. Radiat. Trans.-1986.-V.35, N.4.-P.247-253.

189. Pots B.F.M., van der Sijde В., Schrarn D.C. A collisional radiative model for the argon ion (laser) system with an experimental test//Physica C.-1978.-V.94, N.3.-P.369-393.

190. Родишевский А.В., Шапиро Д.А. Особенности применения метода максимального правдоподобия в обработке данных физического эксперимента. Препринт N372, ИАиЭ СО РАН, Новосибирск. 1988.

191. Stephan G., Trumper М. Macroscopic parameter and line shapes of a gas laser//Phys. Rev. A.-1984.-V.30, N.4.-P. 1925-1939.

192. Бабин C.A. Влияние эффектов пространственной неоднородности на асимметрию провала Лэмба в аргоновом лазере. Препринт N303, ИАиЭ СО РАН, Новосибирск. 1986.

193. Zory P. Single-frequency operation of argon-ion laser//IEEE J. Quantum Electronics.-1967.-V.QE-3, N.10.-P.390-398.

194. Одинцов А.И., Лебедева В.В., Абросимов Г.В. Насыщение усиления в одночастотном аргоновом лазере//Радиотехника и электроника.-1968.-Т.13, N.4.-C.746-748.

195. Ross J.N. The populations of some exited states of singly ionized argon laser discharge//jpd.-1974.-V.6, N.10.-P.1426-1433.

196. Бетеров И.М., Матюгин Ю.А., Раутиан С.Г., Чеботаев В.П. О пленении резонансного излучения в газовых системах//ЖЭТФ.-1970.-Т.58, N.4.-C.1243-1258.

197. Bestgen W., Elbel М., Lange R., Welp H. Hole burning in atomic and ionic spectral line//J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.-1995.-V.28-P.2575-2590.

198. Rittner К., Hope A., Müller-Wirts Т., Wellegehausen В. Continuous anti-Stokes-Raman lasers in a He-Ne-laser discharge//IEEE J. Quantum Electronics.-1992.-V.28, N.1.-P.342-348.

199. Rittner K., Wicht A., Jordan G., Heuer A., Welling H., Wellegehausen B. Continuous anti-Stokes-Raman lasers between Is sublevels in noble-gases//Laser Physics.-1994.-V.4, N.2.-P.339-344.

200. Бетеров И.М., Матюгин Ю.А., Чеботаев В.П. Резонансный обмен возбужлением при пленении резонансного излучения в лазере на неоне//Опт. и спектр-1970.-Т.28, N.2.-C.357-368.

201. Лисицин В.Н., Чеботаев В.П. Эффект насыщения поглощения в газовом лазере//ЖЭТФ-1968.-Т.54, N.2.-С.419-423.

202. Дьяконов М.И., Перель В.И. О зависимости интенсивности излучения газового лазера от магнитного поля//ЖЭТФ.-1966.-Т.50, N.2.-C.448-456.

203. Алферов Г.Н. Драчев В.П., Мезенцев В.К., Смирнов Г.И. О генерации ионных лазеров в магнитном поле//Квант. электр.-1989.-Т.16, N.5.-C.945-951.

204. Аполонский A.A., Бабин С.А., Донин В.И., Никонов A.B. Мощный аргоновый лазер в продольном магнитном поле//Квант. электр.-1988.-Т.15, N.5.-C.922-932.

205. Степанов М.Г. Эффекты сильного поля в нелинейной спектроскопии плазмы. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук, ИАиЭ СО РАН, Новосибирск. 1999.

206. Курлаео К.В., Шапиро Д.А. Вырождение уровней в генерации зеемановского ионного лазера//Квант. элсктр.-1997.-Т.24, N.8.-С.677-682.

207. Быкова О.Г., Лебедева В.В., Быкова Н.Г., Петухов А.В. Свойства нелинейных трехуровневых резонансов при произвольных соотношениях однородной и неоднородной ширин переходов//Опт. и спектр.-1982.-Т.53, N.1.-C.171-174.

208. Быкова О.Г., Грипъ Л.Е., Лебедева В.В., Седелъникова А.Э. Узкий пик в центре допплеровски уширенной линии, возникающий при действии сильной стоячей волны на смежном переходе//Опт. и спектр.-1988.-Т.64, N.6.-C.1216-1220.

209. Раутиан С.Г., Собельман И. И. Излучение атомов при движении в поле стоячей волны//ЖЭТФ.-1963.-Т.44, N.3.-C.934-945.

210. Stenholm S., Lamb W.E. Semiclassical theory of high-intensity laser//Phys. Rep.-1969.-V.181, N.2.-P.618-635.

211. Feldman B.J., Feld M.S. Theory of high intensity gas laser//Phys. Rev. A.-1970.-V.1, N.5.-P.1375-1396.

212. Haroche S., Hartmann F. Theory of Saturated-Absorption Line Shapes//Phys. Rev. A.-1972.-V.6, N.4.-P. 1280-1300.

213. Freund S.M., Romheld M., Oka T. Infrared-Radio-Frequency Two-Photon and Multiphoton Lamb Dips for CH3F//Phys. Rev. Lett-1975.-V.35, N.22.-P.1497-1500.

214. Reid JOka T. Direct Observation of Velocity-Tuned Multiphoton Processes in the Laser Cavity//Phys. Rev. Lett.-1977.-V.38, N.2.-P.67-70.

215. Kyrola E., Stenholm S. Velocity Tuned Resonances as Multi-Doppleron Processes//Opt. Comm.-1977.-V.22, N.2.-P.123-126.

216. Corbalan R., Orriols G., Roso L., Vilaseca R., Arimondo E. New Phenomena in Doppleron Resonances//Opt. Comm.-1981.-V.38, N.2.-P. 113-118.

217. Corbalan R., Orriols G., Roso L., Vilaseca R., Arimondo E. Saturation by a Standing-Wave Laser of a Doppler-Broadened Three-Level System: Narrow Resonance Due to Stationary Molecules//Opt. Comm.-1981.-V.40, N.1.-P.29-34.

218. Бонч-Бруевич A.M., Вартанян T.A., Чигирь H.A. Субрадиационная структура в спектре поглощения двухуровневой системы в би-гармоническом поле излучения//ЖЭТФ.-1979.-Т.77, N.5.-C.1899-1909.

219. Мак Ан.М., Пржибельский С.Г., Чигирь Н.А. Нелинейные резонансные явления в бихроматических полях//Изв. Акад. Наук., сер. физ.-1983.-Т.47, N.10.-C. 1976-1983.

220. Silva F., Corbalan R., Vilaseca R. Bi-directional pumping of far-infrared lasers: Theoretical gain spectrum and transferred Lamb-dip line shape//Opt. Comm-1995 -V.114, N.5-6.-P.519-528.

221. Corbalan R., Pisarchik A.N., Chizhevsky V.N., Vilaseca R. Experimental study of bi-directional pumping of a far-infrared laser//Opt. Comm.-1997.-V.133, N.1-6.-P.225-228.

222. Silva F., Mompart J., Ahufinger V., Corbalan R. Elcctromagnctically induced transparency with a standing-wave drive in the frequency up-conversion regime//Phys. Rev. A.-2001.-V.64.-N.033802.-P.1-9.

223. Bolotskikh L.P., Vysotin A.L., Thek-de I., Podavalova О.P., Popov A.K. Continuous-wave frequency mixing and UV generation in sodium vapor//Appl. Phys. B.-1984.-V.35, N.4.-P.249-252.

224. Freeman R.R., Bjorklund G.C., Economou N.P., Liao P.F., Bjorkholm J.E. Generation of CW VUV coherent radiation by four-wave sum frequency mixing in Sr vapour//Appl. Phys. Lett.-1978.-V.33, N.8.-P.739-742.

225. Timmerman A., Wallenstein R. Generation of tunable single-frequency continuous-wave coherent vacuum-ultraviolet radiation//Opt. Lett.-1983.-V.8, N.10.-P.517-519.

226. Eikema K.S.E., Waltz J., Hansch T. W. Continuous wave coherent Lyman-a radiation//Phys. Rev. Lett.-1999.-V.83, N.19.-P.3828-3821.

227. Будницкий А.В., Попов A.K. Контур линий испускания при наличии резонансного параметрического взаимодействия в газах//Опт. и спектр.-1970.-Т.29, N.6-С.1032-1035.

228. Kocharovskaya О., Mandel P. Amplification without inversion: The double-A scheme//Phys. Rev. A.-1990.-V.42, N.1.-P.523-535.

229. Hemmer P.R., Katz D.P., Donohue J., Cronin-Golomb M., Shahriar M.S., Kumar P. Efficient low-intensity phase conjugation based on coherent population trapping in sodium//Opt. Lett.-1995.-V.20, N.9.-P.982-984.

230. Peters С., Lange W. Laser action below threshold inversion due to coherent population trapping//Appl. Phys. B.-1996.-V.62, N.3.-P.221-225.

231. Coppeta D.A., Kelley P.L., Harshman P.J., Gustavson Т.К. Nonpcrturbativc analysis of four-wave mixing in a four-level system with three strong fields//Phys. Rev. A.-1996.-V.53, N.2.-P.925-936.

232. Petch J.C., Keitel C.H., Knight P.L., Marangos J.P. Role of clcctromagnctically induced transparency in resonant four-wave-mixing schemes//Phys. Rev. A.-1996.-V.53, N.1.-P.543-561.

233. Попов А.К., Мысливец С.А. Резонансное четырехволновое смешение частот на доплеровски уширенных переходах//Квант, электр.-1997.-Т.24, N.11 -С. 1033-1038.

234. Архипкин В. Г. Резонансное рамановское смешение частот в условиях электромагнитно-индуцированной прозрачности//Квант. электр.-1997.-Т.24, N.4.-C.352-356.

235. Apolonsky A., Baluschev S., Hinze U., Tiemann E., Wellegehausen B. Continuous frequency up-convcrsion in double-A scheme in Na2//Appl. Phys. B.-1997.-V.64, N.4.-P.435-442.

236. Hinze U., Meyer L., Chichkov, B. Tiemann E., Wellegehausen B. Continuous paramctric amplification in a resonantly driven double-A system//Opt. Comm.-1999.-V.166, N.1-6.-P.127-132.

237. Lukin M.D., Hemmer P.R., Loffer M., Scully M.O. Resonant Enhancement of Parametric Processes via Radiative Interference and Induced Coherence//Phys. Rev. Lett.-1998.-V.81, N.13.-P.2675-2678.

238. Zibrov A.S., Lukin M.D., Scully M.O. Nondcgcncratc paramctric sclf-oscillation via multiwave mixing in coherent atomic media//Phys. Rev. Lctt.-1999.-V.83, N.20.-P.4049-4052.

239. Korsunsky E.A., Leinfellner N., Huss A., Dalushev S., Windholz L. Phase-dependent electomagnetically induced transparency//Phys. Rev. A.-1999.-V.59, N.3.-P.2302-2305.

240. Harris S.E., Field J.E., Imamoglu A. Nonlinear optical processes using clcctomagnctically induced transparency//Phys. Rev. Lett.-1990.-V.64, N.10.-P.1107-1110.

241. Lii В., Burkett W.H., Xiao M. Nondegenerate four-wave mixing in a double-Л system under the influence of coherent population trapping//Opt. Lett-19.-V.23, N.10.-P.804-806.

242. Mollow B.R. Stimulated emission and absorption near resonance for driven systems//Phys. Rev. A.-1972.-V.5, N.5.-P.2217-2222.

243. Белоусов Ю.И., Подивилов E.B., Степанов М.Г., Шапиро Д.А. Нелинейные резонансы свободные от полевого и доплеровского уширений//ЖЭТФ.-2000.-Т.118, N.2.-C.328-339.

244. Apolonsky A.A., Nasyrov К.A., Shalagin A.M. Polarization properties of multiphoton processes in quantum systems with large angular momentum//J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.-1999.-V.32, N.13-P.3135-3146.