Математическое моделирование лазерных и нелинейно-оптических систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ
|
Запорожченко, Раиса Георгиевна
АВТОР
|
||||
|
доктора физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Минск
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1995
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.21
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
РГ Б СГ\
АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ИМ Б.И.СТЕПАНОВА '
УДК 621.373, 621.316
ЗАПОРОКЧЕНКО РАИСА ГЕОРГИЕВНА
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ И НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
01.04.21. лазерная физика
АВТОРЕФЕРАТ диссертации нп сояскгшиэ ученой стегани доктора фвддао-мэтоматмческих наук
!&шск - 1996
Рабата вшсшшна в Институте физики им Б.И. Степанова АЛ Боларуси
Официальны а ошононты:
доктор /физико-математических наук
A.C. Демонтьев (Институт физики Литва, г.Вильнюс)
доктор физико-математических наук
B.П. Михайлов (Международный лазерный центр БГУ, г.Минск)
доктор физико-математических наук, профессор A.M. Самсон (Институт физики АНБ, г.Минск)
Ведущая организация: Институт электроники АНБ (г. Минск)
Защита состоится " /Г "ÜksVeAli 1995 г. в ity часов на заседании совета по защите диссертаций Д 006.01.01. в Институте физики им. Б.И.Степанова АНБ (220072, г.Минск, пр.Ф.Скоривд 70).
С диссертацией моаю ознакомиться в библиотеке Института физики АН Беларуси
Автореферат разослан " марта 1995г.
Ученый се!фетарь совета по защите диссертаций доктор фаз.-мат. неук
Залесская Г.А.
общая ш^таттксглкл РАБОТЫ
Актуальность темы. Прогресс лазерной физики за последние 30 мт «"значительной мэре связан' с гршрацией-н ионользоваяизм ультракоротких импульсов светя (УКИ). Сокраценяе мнительности говерир?-виид импульсов, потя1и®нчд их интвноииюсш, прдаоне-ние таких импульсов для взаимодействия с в-'Цост»оч. последсп-анпя онстропротекч-ПЦИ7 процессов И ИОПОЛЪООЕ81ШО ИГ. Г) систекчх оптической обработки ствмулирсшело райшло норчт областей лазерной Зиэмки я
техники.
Впервые генерация импульсов оуснааоезьундн' )3 длите л: мостя йич» т* ^. сп т,р",""пть лот развития лазерной физики достигнуты длительности Л'!*, пош-о т^солько периодов световых колебаний в видимой области спектра С - 'и ! о . За эти года получена генерация УКИ во всех лазерных средах, обладающих широкой полосой усиления, развиты нелинейно-оптические метода преобразования их частота, позволившие перекрыть видимый и инфракрасный диапазон спектра.
Источники ультракоротких импульсов обладают такяе большими во-г.мозгноотяки в создании сверхсильнпх полей. Переход к фомтосекуядгшм импудьснч - ото ийрсхсд к гжаие »пггоясин»« стей, напряженности полей которчк сраптмы с ^нутрчатсглш?« (в пола <хмкусиропишого сзчюсз купдпого импульса интенсивность дрсш «чт во;тч:гн перяпкп 101в-.К)<вВт/см7, ч?о с^птеэт^¡'яует ввпряодздистк аол.« порядка кУв/с.м). При таких пачех кподяденн» 8ф5яктов, яредсккзи -
воемчг кипитовой ^ДАктрс.глнтлпой 'чол'.'нягков рассеяние свата «ш <ж-т0 в вакууме, раесмкуо пи рмяглпистюч эдрягрита:;.
В настоящее врс-мя УКИ няхг-гят применение для кги«р«кяя внутри- и межмолекулярннх г-ромен релаксации, исслэзовздая кохг.ревткото езгжо действия излучения с веществом, биохимических процессов в -слокгшх биологических объектах.
Технические применения УКИ счязанн с системами сптдчсскса локации и связи, а такие с разработкой источников снорхксротгос. рентгеновских. и электро1Шых сгустков. В ряде научных центров ведутся рзбэтн по созданию оптических процессоров.
На первой этапе развития фязжк УКИ света до 80-х годов короткие ишульсы получались при синхронизация иод в лазерах, которая
осуществлялась ори модуляции параметров резонатора на частоте меж-модовых биений. В общем случае выходной сигнал лазера зависит от амплитуд■ частот и относительных фаз всех генерируемых мод. Бели нет условий, фиксирующих вти параметры, случайные изменения и нелинейные айвкты в лазерной среде приводят к неконтролируемому изменению выходного сигнала лазера. Если вынудить генерируемые моды сохранять одинаковый частотный интервал при фиксированном соотношении фаз между собой, то излучение будет представлять собой цуг импульсов, минимальная длительность которых обратно пропорциональна ширине полосы усиления активной среды..
Известны различные способы, обеспечивающие генерацию УКИ: синхронизация мод при активная модуляции потерь или оптической длины резонатора на частоте, близкой к частоте мехмодовых биений (активная синхронизация мод), модуляция коеффициентв усиления (синхронная накачка}, модуляция при внесении в резонатор нелинейного поглотителя или керровской нелинейности (паосивная синхронизация мод).
Генерация УКИ при помещении в резонатор рубинового лазера насыщающегося поглотителя впервые получена Мокером и Коллинзом. Этот способ получил наибольшее развитие как из-за проОтоты реализации, так и из-за возможности получения УКИ предельной длительности в лазерах на неодимовом стекле, на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом и других лазерных оредах. Наряду с насыщающимися красителями использовались затворы с анизотропными жидкостями, фототропные пленочные затворы .
Механизмы формирования УКИ при пассивной синхронизации мод хорошо объясняются флуктуационной теорией, изложенной в работах Лето-хова, Кузнецовой и Флека. Показано, что ультракороткий импульс формируется из начальных флуктуация поля, существующего до момента -просветления насыщающегося фильтра, роль фильтра сводится к "подчеркиванию" наиболее интенсивных выбросов в шумовом поле, вследствие этого временная картина генерации от вспышки к вспышке повторяется с некоторой вероятностью. Существенный прогресс в получении стабильности генерации при пассивной синхронизации мод достигнут в последнее время при использовании отрицательной обратной связи для выращивания начальных флуктуация поля в резонаторе .
В лазерах с активной синхронизацией мод генерация УКИ достигается модуляцией потерь или оптической длины резонатора на частоте, близкой к частоте межмодовых биений. Осуществляется такая
модуляция при внесении в резонатор алвктрооптичв ских или вкустооп-тичвских модуляторов, а также колебаниями отражателей. Активная синхронизация мод в лазерах, работается в непрерывном режиме получена в основном при модуляции оптической длин» резонатора, и то время, как в импульсных - при модуляция потерь. .......- ------
На втором птапе, начиная о 80-х годов получили развитие метода генерации УНИ на основе кониетши сталкивающихся импульсов в поглотителе лааэра на красителе, а,(дативная синхронизация мод. Эти катода позволили получить импульсы длительностью в десятки фемтосекувд. Одновременно появились новый лазерные кристаллы, с широкой полосой
усиления: на сапфире с титаном (А1,0а :Т1Э*), Cfdf*:F" -центров, в также хром содержащие: Сг:форстерит и др., обеспачиьавдие генерацию ИШУДЬССС ф^мтгсвкунцной ДЯИТиЛЫХССТЬЕ R Перестройкой ио спектру в области 700-1300hm.
Для того, чтобы построить Еысокоетабильные и мощные лазерные источники необходимо понимание и анализ физических процессов в них протекающих. К началу нажих исследований было вшолнено липь несколько работ, в которых расчет генерация УКЙ в импульсных лазарах ограничивался простыми зависимостями. Аналитические решения были получены в только для оценки некоторых параметров акивной среда и модулятора .
Расчет многоходовой гоноршши импульсных лазгроз п нестационарных условиях формирования излучения в резонаторе представляет собой сложную задачу, рвшниэ которой возмсгно только при яспользо-вании чкслошшх методов, о именно - шетода математического моделирования .
К чачвлу ланкой paCoi« м-?то;;ц матомзтичосюто иоде-шропатш прпмвнйтдеьвэ к задачам лазерной л т.данеШшй оптики успвз-
¡ю развивался в работах 1>лека, Карамзина, Сухоруком .
В диссертация вошли работы, ыиюлнешшэ по постановлениям Совета Мкяиотроз ССОР я БССР ("Силуэт", "Спектроскопия 2.20а"), ГННТ ("Электроника 07.г". "ОФА-З", Прэзидздма AK RCCP ("Лееер I.,2.,3.").
Целью данной диссертации была разработка и применение математического" аппарата для моделирования физических процессов формиро-
вония yiili в импульсных лазерах с активной яятхронияанией мод, нелинейного преобразования ^стош тдмк икпу.-ьссв и процессов ях изаи-чодоЯствия с подупрочодникаад.
Для атого решались следующие задачи:
1. Разработка методов математического моделирования процесса активной сшаронизацга мод в импульсных лазерах и анализ работы лазеров с синхронной накачкой.
2. Оптимизация процесса внутрирезонаторной генерации второй гармонией в лазерах с активной синхронизацией мод.
3. Исследование особенностей внутрирезонаторного ВКР в лазерах с активной синхронизацией мод, а также поиск различных способов сокращения их длительности.
4. Расчет нелинейного пропускания и самодифракции света в кристаллическом кремнии и стеклах, легированных полупроводниковыми микрокристаллитами саБЭе, и интерпретация на их основе экспериментальных данных.
Научная новизна работы состоит в последовательном развитии двух подходов в описании поля в резонаторе применительно к исследованию импульсных лазеров с активной синхронизацией мод и внутрире- , вонаторного преобразования их частоты при генерации второй гармоники и вынужденного комбинационного рассеяния. В диссертации впервые:
- установлено влияние положения модулятора, синхронизующего моды на длительность УКИ;
- рассчитана генерация УКИ лазером на сапфире с титаном при синхронной накачке ограниченным цугом ;
- выявлена роль линейной и нелинейной фазовой модуляции на эффективность генерации второй гармоники при внутрирезонаторном удвоении частоты;
- получено удвоение интенсивности импульсов на стоксовой частоте при конверсии цуга УКИ во внешнем синхронно-настроенном резонаторе;
- рассчитан процесс обратного ВКР ультракоротких импульсов света при фокусировке излучения в рассеивающую среду;
- развита теоретическая модель и разработаны программы численного расчета процессов фотовозбуждения неравновесных носителей заряда для прямозонных и непрндазошшх полупроводников, с учетом дисперсионных свойств зонной структуры и аффектов заполнения зоны, а также кулоновского экранирования заряда в приближении квазиравнове-ешх функций распределения носителей;
- рассчитана самодифракция УКИ света в стекле, легированном микрокристаллитами СЖБе с использованием объмной модели прямозонного полупроводника с переопределенной плотностью состояний.
Практическая значимость работа обусловлена возможностью ис-шльзошшшПэТ'ро^ импульсных лазеров о ак-
•юшй сширошпйшюй мод и .вкутрирезонатерным преобразованием час-•ктп. Разработанные апгоритмн и программы нримэнены для оптимлзцдаи лпзора но гранате с неодимом о активной синхронизацией люд, созванного п лаборатории нелинейной сгяктроскошл Ш ну. Б.И. Степанове АНЬ совместно с СКТВ КФ, которые иснол1.№ьаш<.ь как в лаборатории нчлтийиой спектроскопии, так и в друга* лабораториях института, в &Ма;> и 'ЛЛЭ им Курчатова, ЦК1! "!Ъленг".
Развитые методы рясчотл чожтойшос гфвгЧраззвчняД частоте ¿¿{шезгттг; »ля объяснения ряда эфрвн^ов и лу.чершк сисодах, оояоружеттн» В ;;», 3 «Л^ЛТ-УТе фишжи ЛИТШ.
Второе направление исследований, иыдегог^ннов в ""оартяшга, посвященное взаимодействию УКИ с полупроводниками в псрспоктинч то кот бить использовано для нелинейной оптической диагностики полупроводниковых материалов и при разработке быстродействующих оптоэ-лекторнннх устройств, Функционирующих при высоких плстностях неравновесных носителей заряда.
Экономическая значимость полученных результатов состоит в том, что " р^авитао математические метода позволяют осуществлять компьютерное моделирование рз:чрзба-1КВП0!яаг лазерных систем с заданными параметра»-.«, а зю еудоотоэтет дмювло продиэрителытзге физического макитировашю.
На оашту шноеятея слод?юз»> доломив» ■
1. На основ? спектрально-медового подхода пра анализе процесса генерации .УКИ ь шаульонш. днаоргх !ЮК-".з::>го, что эф1чнтт>ипя синхронизация мод наступает лр;< амшы нзаС'^якомятв мзжодовой связи, вводимой модулятором, врзвгамой с цронляекшн у:ял"ния над потерями лазера, при этом наилучаке параметры УК К получается г.р? частотп мпжодовых Скояяй, несколько превышающей частоту модуляция. Лри прострпнствонно-врумонж« списэдчш хоп^руш" УКИ обнаружено,что управление их длительностью в л.рзерзх с кктивясй синхронизацией тд может осуществляться путем перемещения модулятора в резонатора.
2. Энергетический выход второй гармоники при внутрирезояатор-ном удвоении чеотс/ги определяется величиной ковффзцивнта связи мод основной л удвавтлн т>-гто?, сэдерх&яего дъу;аыг"<">тр1>чвскую зависимость от линейных яьСд;ч.-з -1вз млн в нвл. ¿вйпом кряхголг'; к ьог,-душюм промежутке- мсклу к{,иотоллсм и обвмм зеркалом
3. Показана возможность компенсации нелинейной фазовой модуляции, возникающей при сильном внергооСмене волн основной и удвоенной частот, для сокращения длительности импульсов второй гармошки за счет линейных фазовых наОох'ов.
4. Совокупность основных особенностей внутрирезонаторного ВКР в лазерах с активной синхронизацией мод, полученные в расчете и эксперименте: выбор оптимального коэффициента ВКР-усиления, уменьшение времени фазовой релаксации рвссеиввющей среда за счет добавления буферного газа и уменьшение длины резонатора на отоксовой частоте приводят к получению высокой эффективности преобразования УКИ и к сокращению их длительности по сравнению с внереаонаторным вариантом ВКР.
б. Высокая еффективность ВКР назад в водороде при фокусировке излучения накачки обусловлена подавлением попутной стоксовой волны эа счет истощения накачки волной встречного рассеяния и не зависит от наличия стокс-антистоксовой параметрической связи волн.
6. При возбуждении кремния мощными УКИ света вблизи края запрещенной зоны формирование высших порядков дифракции связано с нелинейностью показателя преломления и коэффициента поглощения, кото-рае обусловлены эффектами заполнения зоны и ее перенормировкой за счет кулоновского экранирования неравновесными носителями заряда.
7. Результаты оценки плотности дополнительных возбувденных состояний и времен линейной и Оже-рекомбинации неравновесных носителей заряда, обусловленных дефектами квантово-размерных структур и их роль в процессах поглощения и самодифракции УКИ света.
Личный вклад автора отражает содержание диссертации. Экспериментальные исследования, приведенные в диссертации, относящиеся к лазерам с активной синхронизацией мод выполнялись о участием автора, в постановке и интерпретации остальных экспериментов автор также принимала непосредственное участие. Алгоритмы расчета уравнений в частных производных для лазеров с активной синхронизацией мод ра- . зработаш совместно с Н.Г.Кондрашовым, -для остальных задач -автором диссертации.
Апробация работы. Основные результаты изложены в статьях ^35), препринтах (3) и тезисах докладов (19),в также представлены в '9 авторских свидетельствах на изобретение. Результаты опубликованы в следующих журналах: "Журнал прикладной спектроскопии", "Квантовая
т
электроника", "Физика твердого тела" , "Оптика-мех. пром.", Лат. фчв. журн.","РЬуа1са Status Solldi", Optica Ссжишз", "Journal of Modern Optica", "Experimentelle Technik <ier Fhyaic". <
Наиболее наше результат» докладывалась на рэспуб.'пясенсютх и международных конференциях: Vi.ll Всосоюаноя конф. па шл» и for. оптики, тлишои, 1976 г., I Всесоюзная копф. "Оптика лазеров" , Ленинград, 1976 г., IX УШ Вещ ояэнан конф. no ¡is.n. и ног. оптике", Киев, 1980 г.. Ill Been. копф. ""Лазеры на основе сложи, орг. соед. и их прим. Ужгород", 1980, ifti*п. симп. Шtrafазt Jhraorr.ßna Spectr.-ufs-b3, Минск, isw» г, .Bcqc. иколо "Bu'iMcwr. метода и мвтбмпт. моделиролвнпо* Минск, J ОМ г.. м*»кд. сист. mtrafest Phono&ena -Spectr. ra'S-65, Рвйисгардсбрун, TJü\ J9Hb г. Кем. самп. Ultra *aat r-wetr. UPS-87, Вильнюс, 1987 ,ХШ Ва.'Сстн. кон£. КяНО, Мшик, ТУ«* г., III р-yw»»*,*. шсз.-:-: пикосекундной технике, Вре-ван, 1988 г.,Межд. симп. U1trainst Pnpnowöi.a 2pr"tr- UTS-CS, бранденбург, ГДР, 1989 г. 8th EPS General Conference "Tr&afe in -Physics", Amsterdam 1990, EQEC, MInburg, 1991, Мэад. ом. Ultra-iast Phenomena Spectr. UPS-9I, Бейройт, ФИ', 1991 г., Мввд сикт. Ultrafast Phenomena Spectr. UPS-93, Вильнюс, 1993г., на межреспубликанских йелорусско-лит. семинарах в 1977, 1984, 1992г.
ОТТКТУРЛ И С0Щ\РЙА}ЯЖ даСЕРТЩЯ
Диссертация состоит и:: п.чпт тяг», приложения, заклю-
чения и списка рсколькозон'«/ и^точ.туь Ка > •>:.•>•« соетпалг)"^ стр.. 98 рм;., oiv'cok ж'П'рчг>;-i 3■>"", -си-
лок, Напасая уз гллв к«еч1»:а<5тср с -.¡мчтуя ccr-р^ч»Micro
сссз-сишн iTpC'i мм и {/¿(-гпгоя тяоягш, и которых Kpa:«i; сформулирована оскотлчм р?,г/ i.-.'^n- r."'.p«.
бо о^осн':!/«??:-^ »и сунлмт'><:•>¡; i:,о^орчу/ир^еал;'
даль диссертации, зедгсцпы«« прчггвпули»* агччУ-ссть
Лорчся глэьа в-я-сршом активной сдапсрояпзацпи
мод в имиул:.сдах n пг.'.-'ч^л л"..э,<рп на кг-ссэтвл«
и титане с сапфиром ограниченным цугом ш?. Она еослзит из j.m-двлов. В разделе 1.1 изложен ехтектрально-модовый подход опио. по-1 я в ромнаторе. При этом подходе поле представляется в виде разложения по MOtaf коч!>г!,.ужет»?юго р""сггаторп
г(г.О»ган№,(г). (I)
В приближении однородно-уширенной лишы усиления для актившгх сред типа рубит и граната с неодимом получена система дифференциальных уравнений в обшаювенных производных для амплитуд и фаз мод и прое- -кций на ни*, разности засаленностей. Применительно к такому описанию поля в 1.1.1 проанализированы функции, описывающие действие элокт-рооптического модулятора в рэзонаторе для амплитудной и фазовой модуляции излучения (модуляция потерь и оптической длины резонатора, соответственно). В разделах 1.1.2-1.1.4 представлены результаты расчета полученной системы уравнений на примере 11-ти мод в зависимости от параметров среда и модулятора. Показано, что в импульсных лазерах при амплитудной модуляции синхронизация мод возникает при условии, что межмодовая связь, вводимая модулятором, становится -сравнимой или больше превышения усиления над потерями. При атом установление фаз мод начинается с крайних мод, так как потери за счет модуляции для них меньше, и в максимума генерации достигаются разности фаз соседних мод, равные -п, а распределение амплитуд па спектру становится колоколообразным. При наличии расстройки между частотой мекмодовых биений и частотой модуляции дзависимость внер- ■ гии от частотной расстройки имеет вид трехгорбой кривой со сдвигом центрального максимума в сторону положительных на величину *32СЖГц. Такой эффект получен нами и экспериментально, причем сдвиг в сторону положительных расстроек определен по эффективности генерации второй гармоники. Этот эффект связан с затягиванием частоты межмодовых биений под действием усиления в процессе развития генерации, что учитывается при расчете уравнений для фаз мод. Сравнительный анализ активной синхронизации мод при фазовой и амплитудной модуляции параметров резонатора, проведенный теоретически и вкспе--ркменталыш показал, что фазовая модуляция для импульсных лазеров неэффективна.
В раздело 1.2 представлены результаты применения пространственно-временного описания поля в линейном резонаторе, основанные на использовании укороченных уравнений для полей в частных производных и уравнений для разности засоленностей, полученные для импульсов длительностью т > Тх, где Тг-время релаксации поляризации активной среды. Для численного решения этой системы уравнений использован метод характаристик, описанный в Приложении I. Этот параграф состо- . ит из 4-х подразделов. В 1.2.2,1,2.3 приведены результаты расчета
для .рубинового лазера при варьирований частотной расстройки, пвра-метроя модулятора и его располовения в резонатора. Получено, что м.-жсималымя энергия импульсов достигается пр>: л» <0, что связано с1 ттрпцмущественным усилением переднего фронта импульса и активной -срэд'. Так кик при щмстринстпонло-вреионном.описании поля используются функции модуляции, хиртпт.рше для роллы.ого модулятора- и-корректно учитывается его полоыеыш в доп.'т&тгрс«, адксь полутень зпьисимсоти одоргия и да1«толы>>-.<-ги уки «т положения модулятора ь реяоипторе, подтворкдешшо нпмд в &«сга>рга«»ито ■ Показано, что при ¡г5»,'ен.=ит'.:\' нслогшшя модулчтгрт тгроиг.холит Иймеьаяио его крутягиш иронусыяьч! и т.5М самим дл»т1%т №:••■.и гчллркру» »аг.с вкаульосв, НтеРо-лоо короткие импульсн получены пси «¿ол'иг&ини иоадлятора от зорка.-? "" т- ,/•■}, оптическая дтша резана-юра).
Даншй лим^д прт!?*ер«н л«» о лам-
повой накачкой и активной модуляцией потерь реаоаетора «и чйигсте мэжмодовнх Оиопий. Обнаружено, что с ростом накачки происходит модуляция разности заселошостей, а следовательно и огибающей импульсов из-за сравнимых времен релаксации Т^Бкс и периода мод/ляция, составляющего 11нс.
В раздало 1.3 дан сравнительный анализ использования двух способов описания синхронизации мод в шпульспых лазерах. В ранках нс-коль^уешк (флсигидо-ий каедя^ та "дтодов имеет свои преимущества и н«досто1й|1. 7г'-л. спектрам н->¡¿где г»«й подл*»'* п:гли»ть га««»-
сниоеть Кч/осдгЯ -л'^-ргни 14' .¡Й-Л5 '/х-л^м^;/ э'.-л г--;-:'-
¿алыч-1, а прос, ^мп^-иг--.. «чч: Г- ■ -гь ь.зрг-д'.атп'Г. .'¡.И -*г
я.нп-1:.'; р'ги< -Пп1 л п^'Л.-г'-м".' ."-.//.г ^"с'-о- лпь^г; сг:
Ч'->!,1;-' . Ii.tr.-!■','■■ -'Л:-.'О ■ О : »Ч'.Г : - ;г." • • .: Г,1 -
О.¡г г.," . ч »■•;■-Jr.it.'г ■ "'• г-.-'.?"!;"' '..- ,
¡•рн н[.-.').:.':ра.'?.Т1'(1>Г:-..) ср:.-!'/г поляризации.
В раздела 1.4 представлена рвзуль«аи« ^ч^тл л с.;;г,-е
г-.-, и"})«!.-, '.-л-м ! ."кчч-,.ш»-.Д пасестраивоемше лазеров на кра-
ип^лх и ;чге;к-- -;>>-р.я;и' и,! - !-; УК»!. для ■ - "7" Чв
родамине 6Ж исследовано влиншо оглба*п .Я «/га к ра.-^лйки
длин резспаторов накачки и перестраиваемого лазера нз вгксодаую ьйс-ргию и длительность УКИ. Показано, что плавно нарастающая энергия куги яск»ч!с; (•гедпо'--..г»л< .л»-., так как позволяет получить более ин--шхирм.; импульси г^;:-;. -.;,!«и ^¡«г-неила .;:;сгг?р:1-
»лг-тм показзле, что пеобходамо учитывать cгaг^:r■í.^г^^.-er-■^••'^ сь-)«ст"г;
спонтанного излучения красителя.
Для лазера на А1203Т1Э* впервые праведен расчет генерации в импульсном режиме при накачке ограниченным цугом пикосекундынх импульсов. Показано, что для согласия с экспериментом необходимо учитывать уход излучения накачки в каналы, о существовании которых была высказана гипотеза позднее в ряде работ. Полученные данные расчета и експеримента позволяют сделать вывод, что вследствие большого по сравнению со временем обхода резонатора, времени жизни верхнего лазерного уровня и малого сечения вынужденного испускания синхронная накачка лазера на А1г0аТ13,ограничэнным цугом УКИ не приводят к генерации импульсов, определяемых спектральной шириной усиления. Динамика генерации в этом случае похожа на процесс автомодуляции излучения лазера при быстром включении добротности или резком изменении коэффициента усиления. Получение коротких импульсов при такой модуляции ограничено пробоем активных элементов при высокой интенсивности излучения накачки.
Во второй главе диссертации приведены результаты исследования внутрирезонаторной генерации второй гармоники (ВРГВГ) в импульсных лазерах с активной синхронизацией мод. В 2.1 сформулированы основные уравнения при спвктрально-модовом представлении поля для основной и удвоеннной частот. Получен коэффициент межмодовой связи волн, зависящий от двух параметров: линейных фазовых набегов в нелинейном кристалле-удвоителе ^и воздухе
с0-и0и±)вт*/г )вш[ (*>4-*>а )/2), (2)
где Аа -характеризует отношение длины нелинейного кристалла к оптической длине резонатора. На основе графического анализа выражения (2) объяснены экспериментальные результаты зависимости выходной -анергии ГВГ от положения нелинейного кристалла в резонаторе и от расстройки угла точного фазового синхронизма, полученные в режимах синхронизации мод и в моноимпульсном. Отклонение от этой зависимости в режиме синхронизации мод связано о появлением нелинейной фазовой модуляции при сильной нелинейной связи мод: происходит разрушение синхронизации мод основного излучения, разности фаз приобретают неупорядоченные значения и вто приводит к амплитудной модуляции в спектре мод. Эти данные вытекают из анализа численного расчета полной системы уравнений для 13-ти мод накачки и 25-ти мод удвоенной частоты. Однако при сильном энергообмене волн спектрально-модовый подход становится неприменимым, так как при существенном изменении
амплитуд и фан мод на длине нелинейного кристалла нарушаются условия их №п.ьтюст, сутстшчанв при разложении (Т) ¡то модам ненаг-рукепного резонатора.
йоол-эд')едн»0 флг.г-внх s<M«4,itob"прл ВРГВГ-.в.шу чае «ильного ei«-ргообмена волн (раздел Z.Z) щжподилось на осноде- уко[-очо1«шх'урая- - -яояий длл коли осн-лтой и удвоенной частот (пространственио • ьрок.»шой подход). Снейка мсиадтабя ае/.чисй.юй <!вновой модуляций ни опм нротод через нелинейной кристалл пока.шля, что сна mofo г доо-«гпт» сяячштЯ (2-3)", чсо i iiwiac достаточно дм шоднокра-ного изменения направления переч- мчи чнерпгд ? грспессе нрбобразсз-пия, а. ^ч»повательно, к сильной модуляции цлгиинноЯ огнсамце:! УКИ ьчо poli npMui„ix.ii. "^."""чйпал к Фазе возникает только при нали-
чии линейной фазн и развиваег^ нч о« . ^»чоми ит компенсация либо сложение в определошпга момонтн времени. В сучн», резкость оптических длин резонаторов или величина отстройки от угла точного фанового синхронизма обесточивает за полный обход по резонатору набег обобщенной фазы, сравнимый с нелинейной фазовой модуляцией, уменьшается вероятность самосогласованного накопления нелинейной фазовой модуляции, происходит ее усреднение, приводящее к стобилизптци и сокращению длительности импульсов УКИ удвоенной частоту. Эзи гш'оды поодрядош прилчиг измерениями времен когерентности УКИ •'раздал ?..3). Зром^нв оь'1'о- и крооокоррел/шву. пракппгсени совпадают для лазерных итляулнзоь, процесс Bt'-lir существенно уменьшает время когерентности здаучэязп*; пулуглричп сигнала кроссксрре--лянии меньше на Z&X чел для сигнллп mw№Vp»Amm.
Сравнительный пыиш лазерных cpctwm с увзоенкем частота все резонатора и при ЗГГВГ длл пикссекупдтм ккпу.пъоон показал,что выигрыш в анергии йреобрягоьщжн для кристалла доноЯ б,Ьмм ь 30 ркг-болыпе, для кристалла дайной 40r«< 5 <,-t> pao боль;::о при BI-ТРГ, одач-ко времапшю характеристики УКИ при этом сущеотьедн« ухудваютсп. В <к>г,-к>дрем раэдодо 2-G приведен« рг-зульт»'«^ расчета конверсии цуга УКИ в одиночной якпульс шорой гармоники. Для arovo a<*wn<i!í¡uiíí кристалл помещался в синхронно-настроешшй резонатор. Показано, что при невысоких интенсивностях излучения накачки, не приводящего к сильной фазовой модуляции, в процессе преобразования можно получить когерентное сложение УКИ накачки ьо вторую гармонику. О ростом интенсивности накачки величина нестационарной фазовой модуляции обеспечивает многократное направление перекачки энергии, что препятствует накоплению анергии во второй гармошке. нелинейная фазовая
модуляция может быть скомпенсирована выбором расстройки от угли точного фазового синхронизма в нелинейном кристалле. При определенных углах дй возможно значительное увеличение пиковой интенсивности излучения второй гармоники.
Третья глав» содержит результаты теоретического и экспериментального исследования внутриразонаторного ВКР (ВРВКР) в .лазерах с активной синхронизацией мод. Глава III состоит из двух разделов. В первом разделе приведет основные уравнения для полей волн накачки и излучения первой стоксовой компоненты, а также уравнения для поляризации рассеивающей среды и разностей заселенностей между основным и первым колебательным уровнем. Эти уравнения совместно с уравнениями для генерации лазера на рубине рассчитаны при параметрах, характерных для сжатого водорода. ВРВКР оказывает существенное влияние на работу лазера, нарастапие интенсивности рассеянной волны приводит к падению энергии генерации и сокращению .длительности импульса накачки, стоксов импульс при атом сокращается в 5-10 раз в зависимости от параметров рассеивающей среды. Влияние нестационарности отклика поляризации рассеивающей среды анализировалось путем изменения давления водорода буферным газом. При различных соотношениях между временем релаксации поляризации Тг и периодом обхода резонатора Тп эффективность преобразования по интенсивности остается одинаковой, а длительность импульсов изменяется. Наиболее короткие импульсы получаются при быстрой фазовой релаксации (Г2« Тп) и наиболее длинные при равенстве времен Tz и Гп<
В разделе 3.2 приведены результаты исследования при наличии резонатора на стоксовой частоте. Для анализа процесса синхронизации мод при ВРВКР аналогично главе 2 приманен спектрвльно-модовый подход. При достижении порога ВКР (коэффициент ВКР-усиления меньше превышения усиления лазера над потерями) возникает стоксово излучение, повторяя спектральное распределение накачки, причем порог ВКР достигается только для максимального импульса в иуге . Этот режим определен наш как режим слабого рассеяния. Увеличение параметра ВКР-усилэния до значений близких к величинам превышения усиления лазера над потерями приводит к достижению порога , на более ранних этапах развития генерации и значит к росту числа импульсов стоксовой компоненты (режим оптимального рассеяния). В этом случае на ранних этапах развития генерации спектр накачки существенно отличается от спектра стоксова излучения, однако через насколько проходов по резонатору устанавливается колоколообразное распределение амшм-
iуд и разности фаз становятся равными что характерно для полной сто.роиизаиии мод. Всоке в отом случае в отличив от режима слабого рассекши н з.тинойное взаимодейстгаю мод проявляется в нвздачйтвль-' кой модулнцшГсгябогамх импульсов накачки и ПСК. 'Л в рега.чз сильного ['нееояни,! (параметр ВКР усиления Оолш>' чем превышении усиления яад потерями в лазвро} нпйотл'отся конкуренция двух процессов, йри котором преобладает ВКР и раэруичетоя режим сшцонизяиии код. Ото приводит к существенной модулгярт к ft к ютульаоч ьшачкя к ТЮК, так и их »уroe. йссггериментолыше «мсладодотя при наличии резонатора но •тлжсиюя частота подтмфдгом шнчхгтьипо пчлччив этих режимов. При этом отмечена значите льнах u,>.t> обратной еая'ш на отокоовой ча-rwib иг p">rv4 пРВКР-преобраетвания. При малой ооратяой спязи ВКР проиохсд17 лряетичи&ш птаррисичи .та тат импульсах, для которых достигнут порог ВКР. Увеличите ¿<cipir:-"it ирляяягг к v., АО стланному снижению порога ВКР, а также к повышению эффективноети лроео-разования за счет усиления стоксовнх имульсов на последующих проходах по резонатору.
В разделе 3.2.3 приведены результаты исследования влияния расстрой! си длин резонаторов (д!) рассеянного излучения и накачки на анергию и длительность импульсов выходного излучэгшя. Из-за нестационарное™ процесса ВКР-преобразовашя стоксов импульс запаздывает ло отношению к импульсу накачки, как было показано в раздело 3.1, потому при л1>0 происходит всо большее отстэнаиич УН.И ПСК от максимума импульса накачки и эффективность преобразования падает. С угю-ньшениом длины резонатора стоксов импульс переметнется к передней неистощенной части лазерного импульса, в psoj¿ьтате чего при небольших отрицательных расстройках онория УКМ па стокссвой частоте возрастает, а затем при дальнейшем укорочении резонатора - уменьшается. При лЬ<0 имеет место минимум длительности импульса ПСК, что также обусловлено нэстационарность» ВКР, в результате чего при отрицательной расстройка возникают условия для эффективного усиления переднего фронта в области неистощенной иикачки. Рти результаты эксперимента были праыаиизиронакы при расчете простронстзеюго-временной задачи с учетом фаз еолн накачки и рассеянного излучения. Результаты расчета показали качественное согласие о экспериментом. Характерное поведение лазерной системы при изменении длины резонатора на стоксовой частоте правильно описывается о учетом фазы волн. При этом затравкой для развития нелинейной фазовой модуляции служит линейная дисперсия воздуха, учитываемая в расчетах.
В раздело 3.2.4 приведены результаты измерения длительности импульсов при изменении давления, а в раздала 3.2.5 - при добавлении буферного газа в кювету с водородом. Изменение длительности импульсов при использовании буферного газа качественно совпадает с результатЕАШ расчета, приведенными в 3.1, и имеет простую интерпретацию: уменьшение длительности вызвано изменением условий нестационарности возбуждения ВКР.
В последнем раздело 3.2.6 проведено сравнение результатов ВРВКР и внерезонаторного преобразования УКИ. Исследования показали. что несфокусированноое излучение цуга УКИ энергией до 25мДж не возбуждало ВКР ни при какаих давлениях. Поэтому использовалась фокусировка излучения, при втом преобразование начиналось при давлении водорода "20е1тм , в случав синхронного режима ВРВКР при таком давлении наблюдался максимум анергии для стоксовой частоты с квантовой эффективностью "43%. Длительности импульсов рассеянного излучения при однопроходном варианте были лишь немного короче импульсов накачки, в то время как при ВРВКР достигалось сокращение длительности импульсов более чем в Б раз.
Четвертая глава посвящена анализу различных способов сокращения длительности УКИ при внерезонаторном ВКР: при ашх ронном взаимодействии цуга УКИ^сРизлученнем ПСК, рассчитано усиление гошосе-кундаого импульса в кристаллах калий-гадолиниевого вольфрамата, а также сокращение УКИ при обратном ВКР. В разделе 4.1 на основе системы уравнений для нестационарного ВКР, описанной в главе 3.1, рассчитан процесс ВКР для среды, помещенной в синхронно-настроенный резонатор при накачке цугом с синусоидальной огибакшей. Получено, что максимальная интенсивность ПСК вдвое превышает интенсивность максимального импульса в цуге накачки и длительность при отом вдвое короче при давлении водорода ЗОатм. В режиме многократного синхронного взаимодействия цуга УКИ накачки с импульсом рассеянного излучения поляризация осциллирует во времени, однако эта модуляция не переносится на импульс ПСК, так как на каждом проходе через рассеивающую среду происходит ВКР-усиление предыдущего импульса в поле гладкого импульса накачки. Выбором расстройки длин резонаторов можно управлять длительностью импульсов ПСК и получать профилированные импульсы либо пачки иимпульсов.
Расчет ВКР-усиления (раздел 4.2} 6-ти пикосекундного импульса на стоксовой частоте в поле импульса накачки длительность» 10 пс и сопоставление этих результатов с экспериментом поволило оценить
величину тензора комбинационного рассеяния для кристаллов калий-1 адолиниевого вольфрамата.
Раздел 4.3 посвящен исследованию преобразования УКИ при обратном ВНР в "водороде ■ при фокусировке излучения в рассеивающую сроду. Рассчитывалась система укороченных уравнений в частних производим по времени и координате для полей попутного, обратного рассеяний/ - -- -антистоксовой волны и накачки, и уравнения для поляризаций этих -волн. Амплитуда накачки умножалась на функцию, описнватую фокуси-р;ьку излучения, характерную для гауссового пучки к конечный результат - эффективность преобразования сворачивался о гауссовым сечением пучка. С учетом фор-ш пучка получено количественное совпадение "ртов расчета с экспериментом. Гак как £ задача учитывалась пцззг/чтричйикал зпгг'ь л*ть- иатастокоовой волш, вследствие совпадения данных расчета с экспериментом, цс.ямалссь ьпайо^юсть вняс-шть ее роль в конкуренции рассеяния вперед-назад. Варианта расч«та о учетом антистоксовой волны и без нее дали практически одинаковые результата, а это свидетельствует о том, что определяющую роль в асимметрии попутного и обратного рассеяний играет истощение накачки встречном рассеянием. Обратная волна развивается в области фокуса и усиливается в поле неистощенной накачки, тем самим подавляя нопут-кун волну. В результате проведениях исследований осуществлена эффективная компрессия при обратном рассоякии УКИ второй гармоники импульсного ¡Ш':Ш-лазера с активной синхронизацией мод. Получены импульсы стсксовой частота длительностью 25-30пс, что соответствует временному сжатию в 8-10 раз и увеличении ¡тиковой мощности в 4-5 раз по сравнению с накачкой.
В пятой главе исследованы нелинейно-оптические свойства кремния я стекол, легированных микрокристаллами Ив £в при возбуждении их УКИ света. Глава состоит из трех разделе*. В разделе б.г приведены результаты исследования самодифракции УКИ орото в кремни«. Для объяснения экспериментальных зависимостей эффективности с.чмодифрокции в внешне порядки разработана модель нелинейного взаимодействия-, мощного излучения вблизи края запрещенной зоны непрямо-зонного полупроводника, учитывающая динамический эффект заполнения зоны, ранее не учитывающийся, и эффект распространения излучения в среде. В вырожденном случае (при нулевой температуре) получена аналитическая зависимость для нелинейного коэффициента поглощения. Однако расчет самодифракции без учета эффекта распространения с этим коэффициентом все же дал значительное расхождение с экспериментом,
поэтому был создан алгоритм расчета, учитывающий изменение шлей дифрагированных волн в нелинейной среда. Рассчитывались уравнения для амплитуд дифрагированных волн *4-х порядков, в правые части которых входили коэффициенты, учитывающие суммарные вклада в показатель преломления внутризонного поглощения на свободных носителях заряда и за счет насыщения края мв«зонного поглощения, а также изменения коэффициент» поглощения. Расчет при величинах показателя преломления п ь и сечения поглощения основанный на модели Дру-де показал, что согласив с экспериментом может быть получена при величине лишь вдвое меньшей, чем в модели Друде. Проведенные исследования показали, что учет энгармонизма светоиндуцированной рэ-шетки НТО, обусловленного эффектом заполнения зоны при непрямых переходах в кремнии и учет взаимосвязи всех волн в среде позволяет достаточно хорошо описать совокупность экспериментальных данных по наблюдению (ЗД при интенсивностях возбуждающих УКИ, не превышающих О.БГВт/см* в каждом из пучков.
В разделе 5.2 исследовано поглощение УКИ кремнием. Модель, описывающая поглощение при самодифракции дополнена учетом в непрямых переходах поглощения оптических фононов и ¡эффекта экранирования заряда. Расчеты с одновременным учетом заполнения зоны и ее перенормировки в рамках рассмотренных моделей экранирования показали, что при малых концентрациях неравновесных носителей заряда неосновную роль играют эффекты вкранироввния, приводящие к росту коэффициента межзонного поглощения. При достаточно больших п^ начинает работать эффект заполнения зоны, уменьшая коэффициент межзонного поглощения. Экспериментальные измерения и теоретическое моделирование нелинейного пропускания кремния свидетельствует о том, что компенсация суммарных вкладов в изменение коэффициента межзонного поглощения от эффектов заполнения зоны и экранирования не происходит.
В разделе 5.3 исследовались релаксационные характеристики стекол, легированных микрокристаллитами на основе сопоставления данных расчета с экспериментальными измерениями. Радиусы исследуемых микрокристаллитов ОС-13 были меньше воровского радиуса экситона в полупроводнике СйВБе^(ав=5нм), и находились в интервале 20-35А для стекла 0С-570 радиус равнялся 8СМ. Набор экспериментов, для которых проводилось математическое моделирование, включал измерения насыщения поглощения для наносекундных и пикосекундных импульсов, эффективности самрдифракции пикосекундных импульсов и измерения релаксации нелинейности в экспериментах по обращению волнового фронта. Пер-
енй ил о тих экспериментов может описываться в рпммх нескольких теоретических моделей, освоышмй параметрами которых являются ш-чое число_ возбужденных электронных состояний и релаксационные характеристики электрознГбго'Еогбукдения.- Результаты второго эксдаримо»--т »»висят от нелинейности нскюателя преломления ~а" модэль- - должна. /ча-ганать спектральное лоьадокиа плотности состояний.
Нами использовалась мод»ль. Олиокая к модели объемного полупроводника с перенормироппикой шотностью состояний, поскольку не-»«».{!ное просветление обусловлю»«, главным обронен, сдвигом края лц'лои'чниа аа счет ¡»вполне ни ьйжиих уровней рпг мо, него квантования в микрокристаллитах. В раздела и.3.1 приведеи.д ,ланчи« измерения ре-"""^""ии о ^ом-гц " "°тпла вырожденного четырехволнового смешения по схема гол^онто ч-рептп. эконинон^ал'.'тчо подгонка данных
показала, что при низких уровнях возбуадшыя гр""" рн-мке-ц;"? ттопч-дает в наносекундагай диапазон. При более сильном зозбуздешш ноэко-поненциальное затухание может быть описано двумя экспонентами с характерным временем ~150лс.
Расчеты нелинейного пропускания (раздел 5.3.2) базировались на уравнении для интенсивности света и плотности носителей, в котором учитывались г и г3- вероятности процессов линейной и Оже рекомбинации, н коэффициент пс"л01««ния. отнесенный к величине р - доле -обЬма занимаемой микрокрясталяитами. Численное моде.ггяровикио показало, что основным механизмом нелинейности является заполнение вонч неравновесными носителям». Подгонка к экспериментальным дашшм при низкой интенсивности возбуждения достигалась при большей, чем следует из квантово- размерной модели МК„ плотности состояний, что связывалось нами с дополнительными электронными состояниями. Эти состояния могут бить соотнесены с глубоки/«! ловушками, играющими существенную роль в рэкомбинационных процессах.
Подгонка к экспериментальным дашшм призы* пропускания для нп-носекундного импульса возбуждения потребовала изменения времени релаксации т (- , а при пикосекундном возбуждении - времени г"1-Оценки значений т при уровнях интенсивности порядка 10'Вт/см2 составляют (2,5-г20)нс для различных образцов. Эти данные неплохо коррелируют с измерениямикинетяки люминесценции, указывающими на до-нор-акцетпорную релаксацию. При облучении МК слабым световым имуль-сом почти все фотовозбукденшо носители захватывались ловушками и последующая люминесценция с большим временем затухания возникала в результате взаимодействия доноров й акцепторов. Для более крупных и
совершенных кристаллитов часть фотовозбуждетшх носителей оставалась свободной и могла релаксироветь яа счет эмиссии фонояов. Этот процесс может также включать промежуточные состояния, которыми могут быть дефекты или поверхностные ловушки. Для кристаллитов С£В£5е1х вероятность такой безизлучательной рекомбинации зависит от глубины залегания ловушек и попадает в диапазон от 10нс до 10пс. При откосекундном возбуждении в области интенсивностей порядка Ю'Вт/см2 становятся доминирующими процессы Оке-рекомбинации. При этом значения т1 лежат вблизи 101Ос для всех образцов. Значения вероятности Оже рекомбинации зависят от совершенства МК и изменяется от 4,2- 1СГгв до 3,91""см6с"*.
В разделе 5.3.4 представлены результаты исследования самодифракции в МК. Расчет, выполнений на основе системы уравнений для связанных волн,при тех же параметрах, что и для эффекта просветления дал несколько большее расхождение с экспериментальными результатами. Поскольку процесс самодифракции определяется светоиндуциро-ванным изменением показателя преломления, связанным с изменением спектра краевого поглощения соотношениями Крамерса-Кронига, реальная форма спектра, учитывающая квантово-размерные аффекты в МК, должна проявляться в экспериментах. Поэтому корневая зависимость от чвстоты в подинтегральном выражении для показателя преломления была заменена на корневую зависимость от экспериментально измеренного спектра коэффициента поглощения. В соответствии с этой зависимостью рассчитывались и квазиуровни Ферми из переопределенной плотности состояний. Результаты расчета эффективности самодифракции, выполненные в соответствии с этой процедурой позволили получить качественное согласие с экспериментом. Это свидетельствует как о существенном влиянии размерных эффектов на нелинейность показателя преломления, так и о возможности их учета в рамках феноменологической модели объемного полупроводника с переопределенной плотностью состояний.
ВЫВОДЫ
Основные результаты, полученные в диссертации, сводятся к следующему:
I. Выполнен анализ активной синхронизации мод в импульсных лазерах и внутрирезонаторного преобразования их частоты при ГВГ и ВКР на основе двух представлений поля в резонаторе: спектрально-модового и
пространственно-временного, развиты численные метода решения соответствующих уравнений. Детально проанализировано действие модулятора на излучение".в резонаторе...
Исследована кинетика установления ~ синхронизации . . мод при амплитудной и фазовой модуляции излучения в резонаторе. На основа реювшл спвктрально-модовых уравнений получено, что наилучше параметры УКИ достигаются при амплитудной модуляции излучения, при атом режим синхронизации мод характеризуется гладким спектральным распределении амплитуд, а разности ({аз соседних мод становятся равными -п при условии, что глубина модуляция сравнима с прэвшпонием усилении п£.д потерями. Фазовая модуляция малопригодна, для синхронизации мод в импульсных лцаорат. Нтот швод'подтвержден экспериментально.
3. Теоретически и экспериментально исследована гпеттсимооть УКИ от расстройки между частотой межмодовых биений и частотой модуляции. Кривая зависимости пиковых интенсивностей от расстройки имеет три максимума, при этом центральный максимум сдвинут в сторону положительных расстороек. Аналогичная зависимость получена экспериментально.
4. Предложен и осуществлен экспериментально способ плавной регулировки длительности УКИ за счет перемещения модулятора относительно
одного кз зеркал резонатора; как показано в расчетах, при этом происходит изменение крутизны модулирующей функции. Получена регулировка длительности УКИ в импульсном лазере на рубине с активной синхронизацией мод в пределах (1,7-10)■ 10™"с.
Б. Проведено математическое моделирование генерации лазера на титане с сапфиром при синхронной накачке ограниченным цугом УКИ. Установлено, что динамика генерации в такой лазерной системе аналогична процессу автомодуляции излучения при Систром включении добротности. Для получения УКИ необходима большая интенсивность накачки, обеспечивающей резкую модуляцию коэффициента усиления.
6. Проанализирована внутрирезоняторная ГВГ в лазерах с активной синхронизацией мод. Впервые получено выражение для коэффициентов кза-модовой связи, с помощью которого удалось описать двухпараметрнчес-кую зависимость энергии излучения второй гармоники от линейных набегов фаз в воздушных промежутках резонатора и от угла фазового синхронизма в нелинейном кристалле.
7. Обнаружена нелинейная фазовая модуляция, возникающая при сильном энергообмене при ВРГВГ, приводящая к амплитудао-фазовой модуляции излучения как гармоники, так и основной частоты. Показано, что ее
можно компенсировать за счет изменения линейных набегов фаз. Экспериментальные измерения нелинейной фазовой модуляции подтвердили результаты расчета.
8. Впервые рассчитаны основные закономерности процесса ВКР-преобразоввния УКИ внутри импульсных лазеров с синхронизацией мод. В результате математического моделирования осуществлена оптимизация такой лазерной системы и получен выигрыш б эффективности преобразования в 3-4 раза и сокращение длительности в 5-6 раз по сравнению с внерезонаторшм вариантом. Показано, что такая лазерная система может быть использована и для управлении длительностями цугов накачки.
9. Создан алгоритм расчета нестационарного процесса обратного ВКР при жесткой фокусировке излучения в кювету. В результате теоретических и экспериментальных исследований получено сокращение длительности УКИ на стоксовой частоте в 8-10 раз и увеличение мощности в 4-5 раз по сравнению с импульсом накачки. Полученное количественное совпадение данных расчета и эксперимента позволило сделать вывод о причинах конкуренции рассеяния вперед-назад. Основную роль в асимметрии этого процесса играет преимущественное усиление обратной волны в поле неистощенной накачки.
10. Исследован процесс самодафракции и нелинейного поглощения УКИ света в кремнии при нестационарном нелинейном возбуждении неравновесных носителей заряда. Показано, что нелинейность коэффициента поглощения обусловлена зависимостью его от концентрации 1ИЗ. При этом происходит обогащение спектра пространственных гармоник, в результате чего наблюдается эффективная дифракция света в высшие гармоники. Изучение нелинейного поглощения в кремнии показало, что в области малых интенсивностей возбуждения основной вклад в изменение коэффициента поглощения дает эффект кулоновского экранирования заряда, а при высоких плотностях возбуждения - оффокт заполнения зоны.
11. Проведен расчет нелинейного поглощения и самодафракции света в квантово-размерных структурах - микрокристаллитах СсШЗе в стеклах. На основе объемной модели полупроводника с переопределенной плотностью носителей заряда в результате математического моделирования получены времена релаксации для наносекундного и пикосекундного режимов возбуждения, коррелирующие с данными измерений кинетик люминесценции. Предложен метод расчета функций распределения ННЗ по экспериментальным спектрам, с помощью которого удалось учесть в рас-
чегах квантово-размервта ьффэктн, птоявляпциеся в экспериментах но слюдайткш« света.
I,;. Рвнработантае алгоритмы я прогршад расчета нелинейного нестационарного взаимодействия УК И с нелинейными средами-в совремешшл условиях могут бить значительно улучшены за счет отказа от приближении плоских волн. Как показали расчета обратного ЕКР и нелинейного поглощения в кремнии, этот учет необходим для получения колнчес-пчмчшх даннше о параметрах среды л излучения.
При малых эф^ектирнг.стиу. нро1-5раг.овашя излучения во вторую гармонику и первув стоксову компоненту, а также в случае синхронной лязвоа на красителе, важную роль играют ш.-штошв фяукту адви ciîoHVmiHiu. лyvro. ориьоляга 7!"nrr пасчетов с учетом статистических свойств источников и соссстамечи'м ил t, хгйспо-лат получить информацию об природе и их роли в этот, явяшв&илх процессаX.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
I. Апанасевич П.А..Запорожченко Р.Г. Внешняя высокочастотная модуляция параметров CICP // ЖПС.- I972.-T.I7. -С.203-211.
Апанасевич H.A. .Запороичопко Р.Г. "птасичооть вынужденной фазовой синхрошшиции мод от соотношения параметров ОКГ //ЖПС. -1073. •T.Ï8. -0.790-803.
3. Яапорожченко F.F., Запоршгчбако В.А., Кондрывов Н.Г. Влияние чьстотной расстройки и характера модулирующей функции на Форми-ровашю сверхкоротких импульсов в лазере с вццувдешюй синхронизацией мод /7 ЖПС. - 1976. -Т.24. -0.243-249.
4. Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А. О регулировке длительности сверхкоротких импульсов в СКГ с вкнуаде7шсй ашхрешзаплей мод // ЯТС. - 1977. -Т.26.-С.37-40.
Б, Аланаоевлч П.А..Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А. Исследование зависимости вынужденной синхронизации при модуляции потерь от частотной расстройки // ЖПС. -1977. -Ï.26. с.662-666.
6. Апанасевич П.А., Запорожченко Р.Г. Вынужденная синхронизация мод в импульспнх лазерах //Препринт ÄI20 ИФ АН БССР, Минск,1977 , 24с.
7. Запорожченко Р.Г. Исследование шпуяденной синхронизации мод в импульсных лазерах // Автореферат канд. диссерт. Минск: ИФ АН EGCP. -1977 -21с.
В. Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А., Начинский A.B. Сравниталь-
шй анализ вынужденной синхронизации мод при амплитудной и фазовой модуляции излучения в резонаторе // ЖГЮ. -1979. -Т.31. -C.6G-69.
9. Запорожченко Р.Г., Захарова И.О., Куцак A.A. Вынужденная синхронизация мод в газовых кольцевых лазерах // ЖПС. -1979. -Т.31.
-С.414-419.
10. Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А. Действие электрооптических модуляторов в лазерах с вынужденной синхронизацией мод // Препринт JH70 ИФ АН БССР, Минск -1979. -29с.
11. Запорожченко Р.Г..Запорожченко В.А., Качинский А.В.,Камач Ю.Э., Козловский E.H., Овчинников В.М., Тылец H.A., Попов П.Н., Пивовар-чик В.Ф. ,Шахлой И.П. Макет кольцевого рубинового лазера с вынужденной синхронизацией мод // Опт.-мех.пром. -1979. ÄII -С.23-25.
12. Запорожченко Р.Г. Влияние характера модуляции на синхронизацию мод // Мат.И респ. конф.мол.ученых. Минск. -1972.
13. Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А. О влиянии нелинейности активной среды на формирование сверхкоротких импульсов и о возможности регулировки их длительности в ОКГ с вынужденной синхронизацией мод // Тезисы докл. VIII Всес. конф.по нел. и ког. опт. -Тбилиси,
- 1976.
14. Апанасевич П.А. .Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А. Влияние расстройки между частотой мекмодовых биений и частотой модуляции на процесс вынужденной синхронизации мод //Тезисы докл. I Всос. конф."Оптика лазеров " Ленинград. -1976.
15. Апанасевич П.А.,Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А., Захарова И.О., Качинский A.B. Численный анализ формирования СКИ в лазерах на красителях с ламповой накачкой при активной модуляции потерь резонатора // ЖПС. -1983. -Т.38. -С.226- 230.
16. Апанасевич П.А..Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А., Качинский A.B. Тонкая структура СКИ в лазерах на красителях с ламповой накачкой при активной модуляции потерь резонатора //Тезисы III Всес. конф. "Лазеры на основе сложн.орг.соед. С.65, М., 1980.
,17. Запорожченко Р.Г., Захарова И.С., Асимова В.Д. Разностные метода для расчета генерации в лазерах при синхронной накачке УКИ. // Препринт ЛБ79 ИФ АН ВССР. Минск -1990. -29с.
18. Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А., Захарова И.С..Чехлов О.В. Особенности генерации лазера на красителе при накачке ограниченным цугом УКИ. I. Роль формы огибающей цуга накачки // Квант, электрон. -1992. -T.I9.J66, - С.465-469.
19. Zaporozhchenko R.G., FIlipovIch I.V., Kachlnakii A.V. Genera-
Hon dynamics о 1 ultrashort pulses In the Al103:Ti3< laser synchronously pumped by time-limited train of mode-locked 1авег.// VI Int.Syrop. UPS-89, GDR Л989, p.ThlO.
20. Запорожченко P.Г., Шшшович M.B., Качинский A.B., Аснмова В.Д. Анализ генерации лазера на А1г03:Т1э'при синхронной накачке ограничен ¡шм цугом импульсов // ЖПС. -1990. Т.62, В.З. -381-387.
21. Zaporozhchenko R.G., Pilipovieh I.V., Kachlnskii A.V.- Generation dynamics of ultrashort pulsea In the Ali.0i:Ti3'* laaer synchronously pumped by time-limited train of mode-locked laser //Experimentelle Tecimik der Piiysik. 1У91. -V39, 4/5, P.427-430.
22. Апанасевич П.А., Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А., Качинский А.В. Внутрирозонаторная генерация в лазерах с вынужденной синхронизацией мод //Квант, влек троп. -.1981. -1.8, ."8.- 0.I660-IG55.
23. Апанасевич П.А., Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А..Захарова И.О., Качинский А.В. Влияние расстройки фазового синхронизма в нелинейном кристалле и в воздухе на внутрирезонаторное преобразование частоты ультракоротких импульсов // Квант, электрон. -1982. -Т.9, Я7. - С. 135Б-1360.
24. Апанасевич П.А., Запорожченко Р.Г., Запорожченко В.А., Качинский А.В. Фазовые вфЬзкти при внутрирвзонаторном удвоении частоты УКИ // Квант, электрон. -1984. -T.II.Jffi. - С.897-903.
25. Апанасевич П.А., Запорожченко P.P., Запорожченко В.А., Качинский А.В. Импульсно-периодический HAT:Na3+- лазер с активной синхронизацией мод и внутрирезонаторнкм удвоением частоты // Известия АН СССР, сер. физ. -1984. -Т.48, ЯЗ. - С.573-576.
2G. Запорожченко В.А.,Звпорожченко Р.Г., ПИЛИПОБИЧ И.В., Тнлец Н.А. Генерация второй гармоники излучения УКИ при многократном синхронном взаимодействии в нел1шейном кристалла //Квант, электрон. -1988. -Т.16, *Б. - C.I067-I066.
27. ¡Запоройченко В.А., Запорожченко Р.Г., Качинский А.В., Лнлиповпч И.В. Эффекты мэжмодовой связи с внутрирезонаторннм удвоением частоты. // Межреса.научн. сем. "Квант, электр. и спектр. Вильнюс, 1984.
28. Apanasfevlch Р.А., Chekhlov O.V., Kachinskll A.v., Filipovich I.V., Zaporozhchenko R.G,, Zaporozhchenko V.A. Mode-coupling phenomena in intracavity aecond harmonic generation // Optics Commun. -1984. -V.51, N.4, - P.289-293.
29. Apanasevich P.A., Zaporozhchenko R.G., Zaporozhchenko V.A. Kachinskll A.V., Chekhlov O.V., Orlovich V.A., Grabchikov A.V. Nonlinear intracavity frequency conversion of ultrashort light pul-
эев // Abatr.of IV Int. Symp. UPS, Reinhardsbrunn, GDR, FW25.1985. 130. Запорожченко В.А., Запорожченко Р.Г. Пилипович И.В. Удвоение частоты ультракоротких импульсов света при многократном синхронном взаимодействии в нелинейном кристалле // Тезисы докл. V Мевд.Симп. СПС-87, С.113-114. - ВИЛЬНЮС. -198?.
31. Апанасевич П.А., Запорожченко В.А., Запорожченко Р.Г., Качинс-кий A.B., Муха В.А., Пшшпович И.В., Чехлов О.В. Нестационарное внутрирезонаторное удвоение частота в лазерах с активной синхронизацией мод // Препринт JÖ4 ИФ АН БССР. Минск, 1986. - 42с.
32. Apanasevich P.A., Zaporozhchenko R.G., Zaporozhchenko Y.A.,Ka-chinskii A.V., CheMiloT O.V., Orlovioh V.A., Grabchikov A.V. Nonlinear intracavity frequency conversion oí ultrashort poises // Ргос. IV Int. Symp. UPS-85, -Moukva, 1987. - P.131-134
33. Апанасевич П.А., Запорожченко В.А., Запорожченко Р.Г., Качинс-кий A.B., Муха В.А., Пилипович И.В., Чехлов О.В. Некоторые закономерности внутрирезонаторной генерации второй гармоники // Квант, електр. -I986.-T.I3.Ä6. - C.II32-II37.
34. Апанасевич П.А., Запорожченко Р.Г., Абрашин В.Н., Муха В.А. Многократное синхронное взаимодействие цуга УКЙ с излучением первой первой стоксовой компоненты в сжатом водороде // ЖГО -1988. Т.49, Яб. С.761-765.
35. Апанасевич П.А., Запорожченко Р.Г., Захарова И.О. Внутрирезонаторное ВКР-преобразование ультракоротких световых импульсов // Квант, электрон. -1985. T.I2,*7. -C.I397-I40I.
36. Апанасевич П.А., Запорожченко Р.Г., Кот Г.Г., Орлович В.А. Синхронный режим внутрирезонаторного ВКР-преобразования в лазере с активной синхронизацией мод // Тезисы докл. Междунар.конф. СПС-87, Вильнюс 1987.
37. Орлович В.А., Чехлов О.В., Грабчиков A.C., Запорожченко Р.Г., Качинский A.B., Экспериментальное исследование внутрирезонаторного ВКР преобразования УКИ в лазере с активной синхронизацией мод
// Квант, электрон. -1985. -T.I2, J6II. - С.2363-2364.
38. Апанасевич П.А., Запорожченко Р.Г., Орлович В.А., Кот Г.Г, Чехлов О.В. Внутрирезонаторное ВКР при обратной связи на стоксовой частоте в лазере с активной синхронизацией мод. 4.1.// Квант, электрон. -1989. -T.I6, J65. - C.I009-I0I5.
39. Апанасевич H.A., Запорожченко P.P., Орлович В.А., Кот Г.Г, Чехлов О.В. Внутрирезонаторное ВКР при обратной связи на стоксовой частоте в лазере с активной синхронизацией мод. Ч.II.//
Квант, электрон. - 1989. -T.I6, JK. - G.I0I6-I020. -Ю. Apsnasevich P.A., Zaporot.tichßnl<o R.G., Kot G.G., Chekhlov O.V., Orlovlch V.A. Synchronous regime of intracavlty SFiS conversion In ьп actively mode-locked laser"// Ргос., V Int. Symp. UPS-87.- World Scientific Publish., 1983. -P.90-94. - -----
•Л. Аппнасепич П.А., Дмитриева Л.Д., Запорожченко Р.Г., Кот Г.Г., Орлович В.А., Чехлов О.В. Теоретическое и экспериментальное иссле-дзнания внутрирезонаторного ИКР-преобразования в лазере с активной синхронизацией мод // В кн."Лазеры и оптическая нелинейность" (под ред. Малдутиса З.К. ) -Вильнюс -1937 - С.14-23.
Запорожченко В.А., Запорожченко Р.Г., Чехлов О.В., Кзчинский A.n., Пдзпгяпи Я.В., xsrmi H.A. Перспективы создания источников УКИ на основе имлульсшп лпян^юв о ангиной члшгртпгроттай мод // Квант, электрон. Киев. -IS88. -Вып.36. - C.I-S.
43. Запорожченко Р.Г., Захарова И.О., Сырус В., Варила А. Определение параметров нестационарного ВКР-усиления в кристалллах КГВ //то. -1989. - Т.51, т. -С.823-826.
44. Zaporozhchenko R.G., Zakharova I.S., Kotaev G.G. baser pulses shortening at transient backward SRS and forrard scattering suppression // J.Modern Optics. -1992, V.39, No.4. -P.863-870.
15. Zaporozhchenko R.G., ZaKirarova I.S., Kachinskii A.?., Kotaev
G.G. Plllpovich I.V. Laser pulses shortening at. transient SRS and forward scattering suppression.// VII fnterri.fiyffip. TJPS-91, Bayreuth, Germany 1991, Book of abstracto P.МО К'.
■Vi. Apanasevjch P.A., Kotaev G.G., Zaporozheh-inko R.G., Plllpovlch J.¥., Krugllk 3.G., Kaohlnskli A.V., Oa.nhovlch D.E.,Zakharova I.S., Grabchlkov A.S., Orlovlch V.A. Competition oi forward- and backward- SRS arid optical breakdown quenching // The European Quantum Electronics Conference, Edinburgh 1991, Book of аЬ<Пг. V. i.OTu P36.
лоимова В.Д., Запорожченко P.P., Запорожченко H.A., ¡Шлипсзяч ii,П. Роль зшюлнения зоны неравновесными носителями заряда в експо-UöpüftöxlTS? но сомодифрвкдии в кремнии. //«Т. -Т.30, B.I.
-С.216-219.
48. Apanasevich P.A., Aataova V.A., Zaporozhchenko V.A., Zaporozhchenko R.G., Pilipovich I.V.- Energetic and temporal characteristics or picosecond pulse sslf-dlffraction in silicon. // Phys. Stat.sol. (b). -1989. 7.152. -P.347-.355.
49. Zaporozhchenko V.A., Zaporozhchenko H.G., Plllpovich I.V.Effect of nonequilibrium charge carriers on picosecond pulse absor-
ption In crystalline silicon.// Physlca В (Condensed Matter). -1991. V.1T3, -P.423-428.
50. Pllipovich I.V., Zaporozhchenko R.G., Zaporozhchenko V.A. The effect of band-filling on the nonequilibrium charge carriers generation In silicon.// VIII General Conference of the European Physical Society, Amsterdam 1990, Book of abstracts P.26.
51. Аланасевич П.А., Запорожченко P.Г., Запорожченко В.А., Пили-нович И.В. Светоиндуцированная дифракция ультракоротких импульсов в кремнии. // В сб. Тез.докл.XIII Всесоюзной конф.по КиНО Минск 1988, 4.1, -С.213.
52. Grlbkovskli V.P., Zaporozhchenko R.G., Zuylkov V.A., Kazachen-ko A.E., Lozovsky V.I. Nonlinear absorption, linear optical properties and structure of CdSxSe mlcrocrystallites In glass matrix // Superlattlces and Microstruotures. -1991. -V.10, No.4. -P.441- 446.
53. Запорожченко P.P., Запорожченко В.А., Пилидавич И.В. Влияние формы края поглощения на нелинейность дисперсии микрокристаллов CdSxSe1_x в стеклах и его проявление в экспериментах по спмодифрак-ции света. //Литовский физ. сборник. -1992, Т.32, N.6.C.794-80I.
54. Zaporo2hchenko V.A., Zaporozhchenko R.G., Pillpovich I.V., Kazachenko A.E., Zyulkov V.A. Absorption saturation and nonlinear diffraction of laser pulses in the commercial CdSxSet_x- doped glasses // Proc. of the VII Int. Symposium on OltrafaBt Processes in Spectroscopy, Bayreuth, 1991, P.401-404.
55. Gribkovskll V.P., Zaporozhchenko R.G., Zuylkov V.A., Kazachenko A.E., Lozovsky V.I., "Nonlinear absorption, linear optical properties and structure of CdSKSe1_j< mlcrocrystallites in glass matrix // Fifth Int. konf. on Superlattlces and Microstruotures. Berlin. 1990. Tu-Po-27.
56. Apanaaevich P.A., Zaporozhchenko R.G., I.V.Pllipovich. Noneq-ullbrlum carriers relaxation study in CdS>(Sei_)t -doped glasses . bietuvas fisikos zurnalas, 1994, V.34, Nr.1-2 P.145-150.
57. Apanasevich P.A., Zaporozhchenko R.G., I.V.Pllipovich. None-equlibrium carriers relaxation study 1л CdS^Se^^ -doped glasses V111-th Intern. Symposium UPS , Vilnius, 1993, VI.19.
РЭЗШЕ _____________
ЗАПАРОХЧАНКА РА1СА ГЕОРГШНА
___МАТЭШТНЧНАЕ ШДЭЛ1РАВАННЕ ЛАЗЕРНЫХ I
----------НЕЛШШи-АЮТЧШа С1СТЭМ
Ключевая а лот: актнуная с!нхран1зацыя мод, УК1, унутрырааанатарнае шраутваренне частаты, ивл1нейнаа прапусканне святла, самаднфракцня святла, крэмн1й.
Праца прысвечана распрацоуда 1 прымянвнню матэматычнага апарата для модэл1равашя ф1з1чшх працэса? утварэння УК1 у 1кпульсннх лазерах з актыунай с!нхран1зацняй мод, :шл1нвйтгага пераутварэння частаты гэтых Хмпульсау 1 працасау 1х узаемадзеяння з пауправадн1кам1.
У працы уштн два падыходн у ап1санй1 поля у резанатары: спек-тральна-модавы 1 прасторна-часовы для дасладвання с1яхран1зацн1 мод у 1мпульсных лазерах пры мадуляцы! параметрау резанатара на ча~ стаде прамежмодавых б1енйяу, унутрырэзанатарнай генерации другой гармон1к! 1 унутрырэзвнаТарнага ВНР, распрацаванн алгоритм разл1ку нестац1янарнага зваротнага ВКР. Даследаваны нвл1явйна-аптычиыя ула-сЩвасЩ крыствл1чнага крвмн!я 1 сцекал, лег1раваннх паутграваднХко-вым1 М1кракршпт8л1там1 СсйЗв на вяснове эфектау самадыфракцы1 1 нел!нейнага нрапускання святла.
Атрымана аналХтычлая формула для двухпараметрычнай звлекнасц! энэргетычнага выходу другой гармон!к! пры унутрырэзанатарнай гене-раны! другой гармон!к1 ад л!нейннх набегау фаз хваль у нел1нейным крштале I паветраным адрэзку пам1» крышталам 1 агульным люстэркам рэзанатарау.
Выяулена, ито высокая эфектыунасць ВКР назад у вадародзе пры факусХроуцы выпраменьвання напампоук1 звязана з падауленнем папут-най хвал! за кошт зн1щэння напампо^к1 хваляй сустречнага рассейван-ня 1 не залежыць ад прысутнасц! стокс-антнстоксавай параметрычнай сувяэ1 хваль.
Пры узбудкэнн! крэмн1я магутным! УК1 святла для ап1сання яго нел1нейна-артычннх уласц1васцяу необходаа ул!чваць дннам!чныя эфек- ■ та запаунййя вонн, зкран1роук! з ара да 1 змянення поля па рэчыву.
Гетая праца адносШца да фундаментальных дасследванняу. Атры-маныя вын1к1 магчыма выкарыстоуваць пры модэл1раван11 1 1нтерпрэтвцы1 лазернай генерацы1 УК1 , а такеама 1х узаемадзеяння в нел!нейным1 рэчывам!.
РЕ8ШВ
ЗАПОРОЖЧЕНКО РАИСА ГЕ01ТИЕБНА МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ И НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ Ключевые слова: активная синхронизация мод, УКИ , внутрирезонаторное преобразование частоты, нелинейное пропускание света, самодифракция света, кремний.
Работа посвящена разработке и применению математического аппарате для моделирования физических процессов формирования УКИ в импульсных лазерах с активной синхронизацией мод, нелинейного преобразования частоты таких импульсов я процессов их взаимодействия с полупроводниками.
В работа применены два подхода при описании поля в резонаторе: спектрально-модовый и пространственно-временной для исследования синхронизации мод в импульсных лазерах при модуляции параметров резонатора на частоте межмодовых биенний, внутрирезонаторной генерации второй гармоники и внутрирезонаторного ВКР, разработан алгоритм расчета нестационарного обратного ВКР. Исследованы нелинейно-оптические свойства кристаллического кремния и стекол, легированных полупроводниковыми микрокристаллитами СсШБе на основе эффектов самодифракции и нелинейного пропускания света.
Получено аналитическое выражение для двухпараметрической зависимости энергетического выхода второй гармоники при внутрирезонаторной генерации второй гармоники от линейных набегов фаз волн в нелинейном кристалле и воздушном промежутке между кристаллом и общим зеркалом резонаторов.
Показано, что высокая эффективность ВКР назад в водороде при фокусировке излучения накачки обусловлена подавлением попутной волны за счет истощения накачки волной встречного рассеяния и но зависит от наличия стокс-антистоксовой параметрической связи волн.
При возбуждении кремния мощными УКИ света для описания его нелинейно-оптических свойств необходимо учитывать динамические эффекты заполнения зоны, экранирования заряда и изменение поля по среде.
Данная работа относится к фундаментальных исследований. Полученные результаты могут быть использованы при моделировании и интерпретации лазерной генерации УКИ , в также их взаимодействия с нелинейными средами.
ABSTRACT ZAPOROZHCHFIJKO RATSA GEORGIKV1IA THE MATHEMATICAL SIMULATION OF LASER AND NONLINEAR-OPTICAL SYSTEM
Key words: active mode-locking, ultrashort pulseo, intracavlty frequency conversion, nonlinear transmission of light, selfdlffraction, silicon.
Tills work is devoted to the application of mathematical tools tor PlwMnti^n of £UCl; pliyalual proueariert mh uitrMncrt pulse formation in the actively mode-locked Q-owithed lasers , Intracavlty freguency conversion in such lasers and ultrashort light pulse interaction with semiconductors.
Two approaches for description of field evolution in laser cavity: spectral-mode and space-domain have been applied for the investigation of the mode-locking in the Q-swlthed laser, Intracavlty harmonic generation and Intracavlty SRS. The algorithm of calculation for the transient backward SRS have been designed. Nonlinear optical properties of ci*yBtalline silicon and OdSSe doped glasses liave been investigated on the basis of ultrashort light pulse self-dlffraction and nonlinear transmission effect;).
The expression of energy dependence of second harmonic generation on two parameters: the pliase- matching detuning in nonlinear crystal and phase shift attributed to air dispersion in free space of the cavity have been obtained.
It is shown that the high efficient backward SRS and the suppression of forward wave in hydrogen at the proper of radiation focusing are determined by the pump field exhaustion with by the backward Stokes wave and does not depend on the parametric Stokes-sntlatokes waves coupling.
For the description of the excitation of silicon by the intensive ultrashort light pulses it is necessery the account for the dynamic band-filling, and Coulomb screening effects as bo as the field intensity decrease with the depth of penetration in the sample.
This work belongs to the fundamental research. The results obtained can be applyd to the simulation and interpretation of effects concerned with the ultrashort pulse generation and their interaction with nonlinear media.
ЗАПОРОЖЧЕНКО РАИСА ГЕОРГИЕВНА
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ И НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ ОИСТШ
Подписано к печати 22.02.1995 года. Формат 60x90 I/I6 Бумага типографскай. Печать офсетная. Бесплатно. Объм 2.06 п.л. Тира« 100 бкз. Заказ ...
Лицензия Х685 от 23 Декабря 1993 года Институт физики им Б.И. Степанова АН Беларуси 220072, г.Минск, пр. Ф.Скориш, 70
Отпечатано на ротапринте Института физики им Б.И.Степанова АНБ
