Нелинейные резонансные взаимодействия лазерного излучения в кристалле Nd:YAG с инверсией населенности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РГб од 2 г СЕН 1598

На правах рукописи

КУЖЕЛЕВ Александр Сергеевич

Нелинейные резонансные взаимодействия лазерного излучения в кристалле Ш:УАС с инверсией населённости.

(01.04.03 - радиофизика)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород, 1998

Работа выполнена в Нижегородском государственном университете им. Н И. Лобачевского (ННГУ) и в Институте Прикладной Физики РАН.

Научные руководители: кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник О.Л. Антипов, кандидат физико-математических наук, доцент Н.Д. Миловский.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, член корреспондент РАН C.B. Галопов, доктор физико-математических наук, профессор Г.И. Френдман.

Ведущая организация: Институт Общей Физики РАН (г. Москва).

Защита состоится " 1998 г. в час. На заседании

диссертационного совета Д 063.77.09 в Нижегородском государственном университете им. Н И. Лобачевского по адресу: 603600, Н. Новгород, ГСП-20, пр. Гагарина, 23, корп.4, радиофизический факультет, ауд.

Ж

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ННГУ.

Автореферат разослан " " СЖ^СС^^_1998 г.

Учёный секретарь

__ Ъ^у В.В. Черепенников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нелинейно-оптические эффекты в лазерных кристаллах (ЛК) и стёклах, такие как самофокусировка и пространственно-временные неустойчивости световых пучков наблюдались уже при создании первых лазерных систем с высокой мощностью излучения [1-3]. Изучались различные механизмы нелинейностей, такие как электронный эффект Керра, электрострикция, насыщение лазерного перехода [3]. Одной из наиболее сильных нелинейностей в ЛК является резонансная нелинейность насыщения лазерного перехода, которая, как хорошо известно, приводит к насыщению усиления светового пучка.

Было показано [4,5], что при накачке происходят изменения показателей преломления ЛК, обусловленные разностью поляризуемостей (РП) ионов-активаторов в основном и возбужденном состояниях. Величина РП измерялась несколькими группами для некоторых ЛК и лазерных стекол. Как оказалось, эти РП могут быть достаточно большими, однако вопрос об их точной величине оставался, по-существу, открытым. Действительно, измерения, проведённые разными группами, даже для ионов N<1 в одной и той же матрице давали значения РП, отличающиеся более чем на порядок величины [4,5]. В то же время вопрос о величине РП у ионов-активаторов в ЛК представляется весьма важным для объяснения нелинейно-оптических эффектов в лазерных усилителях и генераторах. РП приводит к появлению действительной части нелинейной восприимчивости ЛК в центре линии лазерного перехода. Наличие действительной части нелинейной восприимчивости могло бы объяснить ряд особенностей режимов, наблюдаемых в современных лазерах (таких, например, как самомодуляция или конкуренция продольных мод). Знание величины соотношения действительной и мнимой частей резонансной восприимчивости кристалла определяющей соотношение дифракционных эффективностей голографических решеток усиления и показателя преломления, представляется особенно важным для объяснения особенностей взаимодействий и пространственно-временных неустойчивостей лазерных пучков в этих кристаллах.

В последние годы интерес к исследованиям нелинейно-оптических эффектов в лазерных средах усилился в связи с разработкой новых принципов построения лазеров, в которых используются динамические решётки, возбуждаемые внутри активной среды собственными генерируемыми пучками [6]. Были обнаружены возможности получения генерации в некоторых схемах с петлевой геометрией, включающих только ЛК. Показана, также возможность генерации одномодового излучения в виде импульсов наносекундной длительности с высоким качеством выходных пучков. Однако картина формирования проз

странственной и временной структуры излучения в процессе развития генерации в таких лазерах представляется далеко не полной. В частности, предыдущие исследователи полностью игнорировали решетки показателя преломления в ЛК. При этом упускался целый ряд особенностей таких систем и возможностей схемных решений.

В связи с этим, исследование механизмов резонансной нелинейности ЛК представляется важной и интересной задачей. Изучение особенностей нелинейного взаимодействия лазерного излучения в кристаллах Ш:УАО является актуальным как для понимания процессов, происходящих в лазерных усилителях и генераторах, так и для создания мощных твёрдотельных лазеров нового поколения для технологических, научных и других приложений.

Целями настоящей диссертационной работы являются, теоретическое и экспериментальное исследование механизма резонансной восприимчивости кристалла Ыё УАС, связанного со свойствами примесных ионов а также изучение новых нелинейно-оптических эффектов в этом ЛК, обусловленных не только насыщением усиления, но и резонансными изменениями показателя преломления:

возбуждения динамических голограмм и взаимодействия световых волн с разными частотами;

- вынужденного резонансного рассеяния (ВРР);

- обращения волнового фронта (ОВФ) световых пучков;

- генерации в лазерах, резонаторы которых формируются с участием голографиче-ских решёток, индуцированных в усиливающих ЛК.

Научная новизна работы заключается как в постановке конкретных задач, так и в полученных результатах. В частности, в работе впервые получены следующие результаты.

1. Исследован механизм действительной части нелинейной резонансной восприимчивости кристалла N(1:УАв, связанный с изменением поляризуемости ионов Ш5' при их возбуждении. Определена величина отношения действительной и мнимой частей резонансной восприимчивости при различных мощностях ламповой, лазерной и диодной накачки. Обнаружено влияние заселения высоколежащих метастабильных уровней 4/-оболочки ионов Ш3+ на резонансную восприимчивость

2. Экспериментально исследовано взаимодействие двух световых пучков в N(1: У АО-усилителе. Обнаружено, что усиление слабого оптического сигнала в кристалле Ш:УАО может возрастать в присутствии сильного когерентного лазерного пучка за счёт перерассеяния последнего на голографической решётке показателя преломления, индуцируемой интерференционным полем взаимодействующих волн.

3. Экспериментально обнаружен и исследован эффект обратного ВРР светового пучка на частоте рабочего перехода кристалла Nd:YAG. Показано, что это ВРР обусловлено перерассеянием исходной волны на решетке показателя преломления, сопровождающей решетку населенности уровней ионов Nd1', индуцируемую полем интерференции исходной волны и волны рассеяния.

4. Реализован эффект параметрического само-ОВФ световых пучков (с микросекундной и миллисекундной длительностью импульсов) в Nd:YAG-ycnnmrae с петлей обратной связи (ОС). Показано, что этот эффект обусловлен совместным ВРР лазерных пучков накачки (исходного и прошедшего петлю ОС).

5. Экспериментально показана возможность генерации излучения в Nd:YAG лазере, резонатор которого формируется при участии голографических динамических решеток показателя преломления, которые связаны с решётками населённости, записанными в JIK собственными генерируемыми волнами. Экспериментально показано, что такие лазеры с петлевой архитектурой обладают адаптивными свойствами по отношению к внутрирезо-наторным искажениям.

Научное и практическое значение результатов работы. В диссертационной работе проведено исследование механизмов резонансной восприимчивости кристалла Nd:YAG. Этот кристалл является одним из наиболее широко используемых в промышленности и научных исследованиях. Полученные в диссертации результаты важны для правильного описания процессов, происходящих в Nd:YAG усилителях и генераторах.

Проведенные исследования позволяют дать конкретные практические рекомендации о работе нелинейно-оптических устройств (таких, например, как ОВФ-зеркала), использующих голографические динамические решётки в Nd:YAG усилителях как с ламповой, так и с диодной накачкой.

Полученные в диссертационной работе результаты могут быть использованы при проектировании лазеров новой архитектуры, генерирующих пучки дифракционного качества с высокой средней мощностью (100 Вт и выше). Такие лазеры могут применяться в прецизионных технологических процессах, медицине, научных исследованиях (в таких организациях, как ИПФ РАН, ИОФ РАН, ННГУ, ИФМ РАН и других).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: Conference on Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO/Europe), Amsterdam, Holland, august, 1994; Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), Baltimore, USA, 1995; The Pacific Rim CLEO, Chiba, Japan, 1995; The 8-th Laser Optics conference, St.Peterburg, 1995; Advanced Solid - State Lasers Topical Meeting, San-Francisco,

USA, 1996; CLEO, Anaheim, USA, june, 1996; Quantum Electronics and Laser Science Conference (QELS), Anaheim, USA, June, 1996; CLEO'Europe, Humburg, Germany, September, 1996; European Quantum Electronics Conference, Humburg, Germany, September, 1996; OELS, Baltimore, USA, May, 1997; CLEO, Baltimore, USA, May, 1997; Optics for Indstry and Medicine '97, Shatura Moscow region Russia, June, 1997; Optoelectronics and Highpower lasers A Applications, San Jose, CA, USA, January, 1998; Advanced Solid - Stale Lasers Topical Meeting, Idaho, USA, Febrary, 1998, ('LEO, San Francisco, California.USA, May, 1998; The 9-th leaser Optics conference, St.Peterburg, June, 1998, Ежегодные конференции no радиофизике. Нижний Новгород, 1996г.- 1998г. Результаты диссертации также обсуждались на семинарах кафедры электродинамики ННГУ и отделения нелинейной динамики и оптики ИПФ РАН.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в статьях [1-11], а также в тезисах докладов конференций [12-32].

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, включая 40 рисунков и список литературы из 93 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и практическая значимость работы, сформулирована цель диссертации и основные защищаемые положения.

Первая глава посвящена исследованиям резонансной нелинейности кристалла Nd.YAG. Исследуются изменения показателя преломления (ИПП) в кристалле Nd:YAG, связанные с возбуждением ионов Nd,+ при ламповой и диодной накачке, а также с уменьшением числа возбужденных ионов при насыщении усиления светового пучка в этом JIK.

В п. 1.1. рассмотрен механизм электронных ИПП, которые обусловлены изменением иаселённостей электронных уровней энергии (имеющих различную поляризуемость) в твердотельных лазерных средах (кристаллах и стеклах), активированных редкоземельными ионами. Приведены оценки ИНН, РП основного и метастабильного состояний иона Nd1 ', отношения действительной и мнимой частей восприимчивости кристалла Nd:YAG. Эти оценки показывают, что ИПП на резонансной частоте лазерного перехода кристалла Nd:YAG могут быть достаточно велики и их учёт необходим при описании нелинейно-оптических взаимодействий.

В п. 1.2.1 представлены результаты экспериментального исследования ИПП в кристалле Nd:YAG, связанных с возбуждением ионов Nd3* при диодной накачке. Для измерений использовался поляризационный интерферометр Жамена-Лебедева с малым уровнем шумов

и автоподстройкой рабочей точки. Линейно поляризованный тестирующий пучок непрерывного диодного лазера на длине волны Я< « 680 нм расщеплялся поляризационной призмой на два ортогонально поляризованных, равных по интенсивности пучка, которые проходили через М:УАО-кристалл на расстояние 1.5 мм. Затем пучки вновь совмещались, проходя через идентичную поляризационную призму. Для измерения ИПП один из тестирующих пучков совмещался с пучком накачки диодного GaAs-лазера мощностью до 0.2 Вт с термостабилизацией длины волны Чтобы разделить тепловой и резонансный вклады в ИПП, применялась модуляция мощности диодной накачки. Перестройка частоты модуляции и численное моделирование дали возможность определить величину разности поляризуемостей метастабильного и основного состояний, которая составила 4- 10"26см3

В п. 1.2.2 представлены результаты экспериментальных исследований ИПП кристалла Nd:YAG с ламповой накачкой, вызванных насыщением усиления из-за наличия мощного усиливаемого резонансного пучка (^=1.064 цм). Исследования проводились с помощью поляризационного интерферометра Жамена-Лебедева. В качестве тестирующего излучения в интерферометре использовался пучок непрерывного He-Ne лазера на длине волны А, = 632 нм. Регистрировалась осциллограмма разности хода световых волн в плечах интерферометра, которая возникала в результате насыщения усиления "резонансным" пучком, распространявшемся в канале одного из тестирующих пучков. Импульс "резонансного" пучка был синхронизован с максимумом импульса усиления активной среды усилителя. Эксперименты проводились с пучками, имевшими различные длительности (60 цс и 30 не).

Экспериментально было обнаружено, что импульс "резонансного" пучка вызывает изменение разности хода тестирующих пучков. Эта разность хода уменьшается до невозмущенного уровня (измеряемого в отсутствие импульса "резонансного" пучка) за время, соизмеримое со временем продольной релаксации метастабильного уровня Тт = 250 цс и существенно меньшее времени релаксации тепловых изменений на масштабе пучка (50 мс) Эксперименты с длительностью "резонансного" пучка 30 не показали, что ИПП отслеживают населенность метастабильного уровня с запаздыванием «3 цс.

Измерения ИПП при насыщении усиления "резонансным" пучком в кристалле Nd:YAG с ламповой накачкой обнаружили сильное влияние мощности ламповой накачки на резонансную нелинейность показателя преломления JIK. Так, величина отношения действительной и мнимой частей восприимчивости (J5) возрастает с ростом мощности накачки на порядок. Экспериментально показано, что рост параметра ¡} под действием мощной широкополосной ламповой накачки объясняется заселением высоколежащего метастабильного

уровня 2(К2)5'2 ионов N(1". Зависимость ¡) от мощности накачки объясняет большой разброс величин РП для М-содержащих лазерных материалов, измеренных другими группами [4,5].

Интерференцнонные измерения ИПП в кристалле N<1УАО были дополнены исследованиями резонансной нелинейности кристалла Ыс1:УАО методом четырехволнового смешения (ЧВС).

В п.1.3. представлено экспериментальное (п. 1.3.1) и теоретическое (п. 1.3.2) исследование как невырожденного (по частоте), так и вырожденного ЧВС в КМ:\'АО кристалле с ламповой накачкой. В экспериментах исходный пучок непрерывного Ш:УАС-лазера разделялся на два равных по мощности пучка, которые пересекались под малым углом 10"2 рад) в усилителе М:УАС с ламповой накачкой и записывали решетку населенности.

В случае невырожденного ЧВС пучок излучения на нерезонансной частоте с длиной волны 1054 нм или 694 нм считывал решетку показателя преломления. Использовался пучок излучения лазера на фосфатном стекле с N(1 с длиной волны Х-1054 нм и пучок излучения рубинового лазера с длиной волны 694 нм (оба лазера работали в режиме свободной генерации). В экспериментах по вырожденному ЧВС суммарная решетка показателя преломления и коэффициента усиления считывалась пучком излучения М:УАО-лазера с модулированной добротностью с длиной волны 1064 нм и длительностью импульса 30 не. Исследовался и другой случай, когда решётка записывалась пучками с малой длительностью импульсов (30нс), а считывалась непрерывным излучением.

Оптические пучки с различными длинами волн дифрагировали на решётке показателя преломления, которая связана с решеткой населенности, записанной в ЛК резонансными волнами. Отметим близкие значения величин измеряемой дифракционной эффективности решеток для тестирующего пучка на 1064 нм и 1054 нм, что говорит о доминирующем вкладе в дифракционную эффективность решёток показателя преломления над решётками коэффициента усиления в кристалле Ш.УАО при большой мощности ламповой накачки. Измерения времени формирования решётки показателя преломления (3 цс) подтвердили определяющую роль заселения уровня г(П)ыг при формировании ИПП в ЛК.

Производились численные расчеты ЧВС. Сравнения экспериментальных результатов и численных расчетов выявили зависимость отношения действительной и мнимой частей резонансной восприимчивости в Ш:УАО иа 1064 нм от мощности накачки (оно достигало величины 2-3 при большой мощности накачки). Эта зависимость находится в хорошем соответствии с результатами интерференционных измерений.

Вторая глава посвящена исследованиям двухволнового взаимодействия (ДВВ) резо-

нансных пучков в кристалле Nd:YAG. В п.2.1. экспериментально исследовалось ДВВ оптических пучков в Nd:YAG усилителе. В экспериментах, исходный пучок непрерывного Nd:YAG-лазера (на длине волны¡064 нм) разделялся на два пучка, которые направлялись с противоположных сторон в два Nd;YAG стержня с ламповой накачкой. Мощность одного из пучков (слабого пучка) на входе первого усилителя была много меньше мощности встречного (сильного) пучка на входе второго усилителя (их отношение составляло 5-10'6). Суммарный логарифмический коэффициент усиления в усилителях составлял 8.

Измерялся коэффициент усиления слабого сигнала. Различные длительности импульсов сильного и слабого пучков позволяли разделить по временам обычное усиление, люминесценцию и дополнительное усиление (или уменьшение усиления) слабого сигнала за счёт параметрического взаимодействия с сильным пучком. В экспериментах усиление сигнальной волны в присутствии сильной волны почти в два раза превышало усиление в ее отсутствие. Этот эффект объясняется дифракцией сильного пучка на решётке показателя преломления, индуцируемой интерференционным полем взаимодействующих волн.

В п.2.2 представлены численные расчёты процесса ДВВ. Расчёты проводились в приближении плоских волн с учётом реальной временной динамики импульсов накачки усилителен и оптических волн. Они подтвердили возможность перераспределения энергии из сильной волны в слабую на решётке показателя преломления в инвертированном ЛК. Хорошее соответствие численных расчётов и эксперимента наблюдалось для отношения действительной и мнимой частей нелинейной резонансной восприимчивости Nd:YAG-кристалла в пределах 2-3, что согласуется с результатами экспериментов по ЧВС.

В п.2.3 экспериментально исследован частный случай ДВВ, - экспериментально обнаруженное обратное вынужденное резонансное рассеяние (ВРР), которое возникает за счет усиления слабой оптической волны (стартующей с уровня спонтанного рассеяния в ЛК) при нелинейно-оптическом взаимодействии с исходным лазерным пучком в кристалле Nd:YAG.

В качестве задающего генератора использовался непрерывный Nd:YAG^a3ep, который обеспечивал одномодовый по поперечному индексу пучок мощностью до 1.5 Вт. Исходный пучок проходил через изолятор Фарадея и последовательно направлялся в Nd:YAG-стержни, в которых реализовался исследуемый эффект ВРР. При общем коэффициенте усиления а/» 8 для наблюдения ВРР пучка существовали пороги (по мощности и энергии входного пучка). Величина пороговой мощности входного пучка увеличивалась с уменьшением длительности импульса. Пучок ВРР выделялся на фоне усиленного спонтанного шума, расходимость которого определялась "углом видения" усилительной системы.

Поперечная структура пучка рассеяния зависела от длины схемы - однородный пучок наблюдался в схеме, оптическая длина которой была соизмерима с длиной дифракционного расплывания пучка. Пучок ВРР имел сложную динамику развития (время нарастания импульса ВРР составляло 20-50 цс). Измерения спектра пучка рассеяния с помощью интерферометра Фабри-Перо показали отсутствие заметного частотного сдвига волны ВР относительно исходного пучка. Экспериментальные измерения порога наблюдаемого рассеяния в АО-усилителе и теоретические оценки порогов известных видов ВР также показали, что исследуемое явление не являлось ни ВКР, ни обратным ВТР или ВРМБ.

Таким образом, проведенные эксперименты обнаружили наличие неизвестного ранее вида ВР в N<1 УАО-крнсталле на частоте его рабочего перехода. Исследования динамики пучка рассеяния показали, что это ВР является нестационарным и развивается за времена, меньшие времени продольной релаксации резонансного перехода Т\.

Третья глава посвящена исследованиям ОВФ светового пучка в инвертированном М:УАО кристалле с обратной связью. Эффект само-ОВФ светового пучка был реализован при четырёхволновом взаимодействии пучков накачки (исходного и прошедшего петлю ОС) и обращенных пучков стартующих с уровня шума в кристалле ШУАС с инверсией населенностей. Эффект генерации обращенной волны обнаружен как при наличии, так и при отсутствии фазовой и амплитудной невзаимностей ОС.

Теоретический анализ показал, что эффект ОВФ в среде с нелинейностью насыщения усиления может быть реализован только при наличии невзаимности петли ОС. В то же время наличие действительной части резонансной восприимчивости позволяет реализовать эффект ОВФ и в схеме со взаимной ОС. Экспериментально была продемонстрирована возможность ОВФ высокого качества как гауссовых, так и спекл-неоднородных мно-гомодовых по продольному индексу лазерных пучков миллисекундной длительности. Получен высокий коэффициент отражения ОВФ-зеркала (до 4000 по пиковой мощности и 500 по энергии). Продемонстрировано само-ОВФ схемы со взаимной петлёй ОС квазинепрерывных лазерных пучков при сильных термонаведенных фазовых искажениях в ЛК при высокой (в среднем по времени) мощности оптической накачки.

ОВФ-зеркало на основе инвертированных ЛК обладает низкой пороговой мощностью, большим коэффициентом отражения и может быть перспективным для квазинепрерывного излучения с высокой средней мощностью.

В четвёртой главе исследуются различные по архитектуре лазеры с самоинду-

цированной распределенной обратной связью (СРОС), реализуемой при участии решёток населённости ЛК, записанных собственными волнами генерации. Теоретически (п.4.1) и

экспериментально (п.4.2) исследована генерация в линейной геометрии СРОС-лазера (состоящего из одного зеркала и каскада N<1УАО усилителей). Возможность генерации связана с наличием действительной части нелинейной резонансной восприимчивости ЛК. Положительная ОС в таком генераторе реализуется за счёт голографических решеток показателя преломления, сопровождающих решётки населённости ЛК.

В п.4.3 экспериментально исследованы импульсно периодические системы с импульсами накачки длительностью от 0.2 мс до 1.5 мс, имеющие линейную, кольцевую, петлевую и многопетлевую конфигурации резонатора. Показано, что лазеры с петлевой и многопетлевой архитектурой обладают адаптивными свойствами по отношению к внутрире-зонаторным искажениям. Исследован режим пассивной модуляции добротности в петлевом СРОС-лазере. Такой режим был реализован за счёт введения в схему СРОС-лазера насыщающегося поглотителя 1лр;р2 . Разработана лазерная система на основе СРОС, которая обеспечивает генерацию излучения с высокой в среднем по времени мощностью (до 50 Вт) в пучке с расходимостью, близкой к дифракционному пределу.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Исследовано влияние РП возбужденных и невозбужденных ионов Ш3+ на резонансную восприимчивость кристалла Ш:УАО. Обнаружено, что величина отношения действительной и мнимой частей этой резонансной восприимчивости возрастает с 0.14 до 3 с ростом мощности ламповой накачки. Предложена модель механизма резонансной нелинейности N(1: УАС-крпсталла, согласно которой такое возрастание объясняется заселением высоколежащего метастабильного уровня электронной 4/-оболочки иона Ш3* под действием мощной широкополосной ламповой накачки

2. Экспериментально и теоретически исследовано вырожденное и невырожденное ЧВС лазерного излучения в №:УАО усилителе. Показано, что оптические пучки излучения с различными длинами волн могут дифрагировать на решётке показателя преломления, связанной с записанной в ЛК резонансными волнами решеткой населенности.

3. Экспериментально показано, что усиление слабого оптического сигнала в Ш:УАС-кристалле может возрастать в присутствии сильного когерентного лазерного пучка. Этот эффект объясняется дифракцией сильного пучка на динамической решётке показателя преломления, индуцируемой интерференционным полем взаимодействующих волн.

4. Экспериментально обнаружен эффект обратного вынужденного резонансного рассеяния, которое возникает за счет дифракции исходной волны на решетке показателя преломления, сопровождающей решетку населенности уровней ионов Ш3+,

индуцируемую полем интерференции исходной волны и волны рассеяния.

5. Исследован эффект параметрического само-ОВФ светового пучка в инвертированном кристалле Nd:YAG с петлёй ОС. Эффект реализовался за счёт совместного ВРР пучков накачки, исходного и прошедшего петлю ОС. Продемонстрирована возможность ОВФ как гауссовых, так и спекл-неоднородных лазерных пучков миллисекундной длительности с большим числом продольных мод. Достигнут большой коэффициент отражения ОВФ-зеркала (до 500 по энергии).

6. Экспериментально показана возможность генерация в лазере на кристалле Nd:YAG, резонатор которого формируется с участием решеток населенности, записываемых самими генерируемыми волнами в ЛК. Положительная обратная связь в таком генераторе реализуется за счёт динамических решёток показателя преломления, связанных с решётками населённости ЛК.

7. Показано, что СРОС-лазеры с петлевой и многопетлевой архитектурой обладают адаптивными свойствами по отношению к внутрирезонаторным искажениям. Разработана лазерная система на основе СРОС, которая обеспечивает генерацию излучения с высокой в среднем по времени мощностью (50 Вт) в пучке с расходимостью, близкой к дифракционному пределу.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Chiao R. Y., Garmire Е., Townes С.Н. Self-trapping of optical beams // Phys. Rev. Lett., 1964, V.13, No 15, P.479.

2. Alphcmo R.R., Shapiro S.L Observation of self-phase modulation and small-scale filaments in crystall and glasses // Phys. Rev. Lett., 1970, V.24, P.592.

3. БарановаН.Б., Быковский H.E., Сенатский Ю.В., Чекалин С.В. Нелинейные процессы в оптической среде мощных неодимовых лазеров //Труды ФИАН, 1978, Т. 103, С.85.

4. Riedel ЕР., Baldwin G.D. Theory of dynamic optical distortion in isotropic laser materials II J. Appl. Phys., 1967, V.38, P.2720.

5. Powell R.C., Payne S.A., Chase L.L., and Wilke G.D. Four-wave mixing of Nd3+-doped crystals and glasses // Phys. Rev. B, 1990, V.41, P.8593.

6. Damzen M.J., Green R.P.M., Syed K.S. Self-adaptive solid-state oscillator formed by dynamic gain-gratings holograms // Optics Letters, 1995, V.20, P. 1704.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Антипов О.Л., Беляев С.И., Кужелев А.С. Лазерный кристалл с невзаимной обратной связью как параметрическое зеркало, обращающее волновой фронт светового пучка //

Письма в ЖЭТФ, 1994, Т.60, вып.З, С.163-166

2. Anlipov O.I.., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Self-pumped phase conjugation of the heterogeneous light beam in the inverted Nd:YAG-rod with nonreciprocal feedback // Optics Communications, 1995, V. 117, P.290-294.

3 Аптшюк O.JI., Немев A.C., Кужелев A.C. Обращение волнового фронта светового пучка в усилителе на кристалле Nd:YAG с обратной связью // Известия РАН Сер.физич.,

1995, Т.59, вып. 12, С. 170-176.

4. Ашпипов О.Л., Не.чяеп СЛ., Кужелен АХ'. Вынужденное резонансное рассеяние световых волн в лазерных кристаллах с инверсией населенностей // Письма в ЖЭТФ,

1996, Т.63, No 1, С. 13-18.

5. Anlipov O.L, Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Phase conjugator of the light beams based on Nd:YAG-rod with the reciprocal feedback // OSA Trends in Optics and Photonics on Advanced Solid-State Lasers, S.A.Payne and C.R.Pollock, eds.(Optical Society of America, Washington, DC), 1996, V. 1, P.411 -416.

6. Anlipov O.L, Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Laser amplifier with the feedback loop as self-pumped phase conjugator of the light beam // SPIE proceeding (Edited by V.E. Sherstobitov), 1996, V.2771, P.53-60.

7. Anlipov O.L, Helyaev S.I.. Ktizhelev A.S.. Zinnv 'ev A.P. Nd:YAG laser with cavity formed by population inversion gratings II SPIE proceeding (Edited by P. Galarneau and A.V. Kudryashov), 1998, V.3267, paper 22.

8 Anlipov O.L., Ktizhelev A.S., Chausov IX V. Nondegenerate four-wave mixing measurement of resonantly induced refractive index grating in Nd:YAG amplifier // Optics Letters, 1998, V.23, No 6, P.448.

9. Anlipov O.L, Belyaev S.I., Ktizhelev A.S. Resonant two-wave mixing of optical beams by refractive index and gain gratings in inverted Nd:YAG // Journal of Optical Society of America В, 1998, V.15, No 8.

10. Anlipov O.L, Kuzhelev A.S., Zinov'ev A.P.. Vorob'ev V.A. Pulse repetitive Nd:YAG laser with distributed feedback by self-induced population grating // Optics Communications, 1998, V. 152, No 4-6, P. 313-318.

11. Anlipov O.L., Kuzhelev A.S., Chausov DA'.. "Resonant refractive index and gain gratings measurements by four-wave mixings in Nd:YAG amplifier", Trends in Optics and Photonics on Advanced Solid State Lasers (OSA, Washington, 1998, Edited by W. Bosenberg and M. Feyer) 1998, V.19, P.555-560.

12. Anlipov O.L, Belyaev S.I., Kuzhelev A.S, Phase conjugation of orthogonal polarized laser

beams in inverted Nd:YAG-rod // Technical digest of Conference on Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO-Europe), Amsterdam, Holland, august, 1994, paper CMH1, P.22.

13. Antipov O.L., Belyaev S./., Kuzhelev A.S., Trofimov V.A., Shobukhov A.V. Dynamics of the self-pumped phase conjugation of a light beam in a Kerr-like layer with reciprocal and nonreciprocal feedbacks // Technical digest of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), Baltimore, USA, 1995, paper CThl66, P.331-332.

14. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Inverted Nd YAG crystal with nonreciprocal feedback as phase conjugator of light beams // Technical digest of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), Baltimore, USA, 1995, paper CMA6, P.34.

15. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Two possibilities of self-pumped phase conjugation of the laser beams in an inverted laser crystal with a feedback loop // Technical digest of The Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics, Chiba, Japan, 1995, paper FM6, P. 104,

16. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Laser amplifier with the nonreciprocal feedback as an self-pumped phase conjugator of the light beam // Technical digest of The 8-th Laser Optics conference, St. Peterburg, 1995, paper LFE13, P.214-215.

17. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Phase conjugator of the light beams based on Nd:YAG-rod with the reciprocal feedback // Technical digest of Advanced Solid - State Lasers Topical Meeting, San-Francisco, USA,1996, paper ThD5, P.216-217.

18. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Self-pumped phase conjugation of the light beams by the stimulated resonance scattering in the inverted laser crystal // Technical digest of Conference on Lasers and Electro-Optics, june 2-7, Anaheim, USA, 1996, paper CFF5, P.322.

19. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Stimulated resonance scattering of the light beam in the inverted Nd:YAG crystal // Technical digest of Quantum Electronics and Laser Science Conference,june 2-7, Anaheim, USA, 1996, paper QFC5, P.235-236.

20. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Self-pumped phase conjugation mirror based on Nd:YAG with reciprocal multi-loop feedback scheme // Technical digest of Conference on Lasers and Electro-Optics Europe, sept., Humburg, Germany, 1996, paper CMG5, P.26.

21. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Stimulated resonance scattering of the light beam in the laser crystal Nd:YAG with population inversion // Technical digest of European Quantum Electronics Conference, September 8-13, Humburg, Germany, 1996, paper QWH5, P. 139.

22. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Transient stimulated resonant backscattering of light beam in inverted laser crystal // Technical digest of Quantum Electronics and Laser Science Conference, Baltimore, USA, 1997, paper QThG30, P.240.

23. Antipov O.L., Belyaev S.I., Kuzhelev A.S. Joint stimulated resonant backscattering of

incoherent beams in Nd:YAG amplifier // Technical digest of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO- conference), Baltimore, USA, 1997, V.17, paper CTuP2, P.l 14 .

24 Antipov O.L, Hdyaev S.I., Kuzhelev A.S., Chausov D.V. Anomalous amplification of optical signal in inverted Nd:YAG due to nonlinear interaction with strong beam // Technical digest of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-conference), Baltimore, USA, 1997, V.I7, paper CTuP 9, P. 115.

25. Antipov O.L, Helyaev S.I., Kuzhelev A.S. Adaptive Phase congugate mirror based on Nd:YAG crystal for high power laser systems // Technical digest of Optics for Indstry and Medicine'97 (international workshop), Shatura Moscow region Russia, june, 1997, p.23.

26. Antipov O.L, Kuzhelev A.S., Zinov'ev A.I'. Nd:YAG laser with cavity formed by population inversion gratings // Technical digest of Optoelectronics and High-power lasers & Applications, 24-30 January, San Jose, CA, USA. 1998, V.3267-22, P.47.

27. Antipov O.L, Kuzhelev A.S., Chausov D.V. Nondegenerate four-wave mixing measurment of resonant refractive index grating in Nd:YAG amplifier // Technical digest of Advanced Solid - State Lasers Topical Meeting, Febrary 2-4, Idaho, USA, 1998, paper ATuB8, P.18.

28 Antipov O.L, Kuzhelev A.S., Chausov D.V. Nondegenerate four-wave mixing by resonantly induced refractive index grating in inverted Nd:YAG crystal // Technical digest of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-conference), San Francisco, CaIifornia,USA, may 3-8, 1998, V.18, paper CTuM55, P. 169.

29. Антипов О.Л., Беляев С.И., Куже.чев А.С. О новом типе вынужденного рассеяния в лазерных кристаллах // Ежегодная конференция по радиофизике, Сборник тезисов, Нижний Новгород, май 1996г., С.30.

30. Анммкт СЛ., Беляев СЛ., Зиновьев А.П., Кужелев А.С. Лазеры на адаптивных решетках населенностей // Ежегодная конференция по радиофизике. Сборник тезисов, Нижний Новгород, май 1997, С. 16.

31. Ашттов СЛ., Беляев СЛ., Зиновьев А.П., Кужелев А.С. Лазеры на решетках инверсии населенности // Вторая Нижегородская сессия молодых ученых, Сборник тезисов, 1997, С.53.

32 Antipov O.L, Kuzhelev A.S., Chausov D. V. Four-wave mixing investigation of nonlinear resonant properties of Nd'+:YAG and Cr4':YAG // Technical digest of XVI International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, Moscow, June 29- July 3, 1998, P.135.

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Введение.

Глава 1. Исследования резонансной нелинейности лазерного кристалла Nd:YAG.

1.1. Теоретическое описание изменений показателя преломления лазерного кристалла Ш:УАС при возбуждении ионов Ы(13+.

1.2. Интерференционные измерения электронных изменений показателя преломления лазерного кристалла Ш:УАО при накачке и усилении световых пучков.

1.2.1. Интерференционные исследования при диодной накачке Ш: УАО-кристалла.

1.2.2. Интерференционные исследования при ламповой накачке Ш:УАО-кристалла.

1.2.3. Обсуждение результатов измерений.

1.3. Четырехволновое смешение световых волн на резонансных решетках показателя преломления и усиления в ЫёУАО-усилителе.

1.3.1. Эксперименты по вырожденному и невырожденному ЧВС в Ш:УАО-кристалле.

1.3.2. Теория стационарного ЧВС в Ыё: У АО-кристалле.

1.3.3. Обсуждение результатов экспериментов и численных расчётов.

Глава 2. Резонансное двухволновое взаимодействие в лазерном усилителе на кристалле

2.1. Экспериментальное исследование ДВВ в Nd: YAG усилителе.

2.2. Численные расчеты ДВВ.

2.3. Обратное вынужденное резонансное рассеяние световых пучков при их усилении в кристалле Nd:YAG.

Глава 3. Обращение волнового фронта светового пучка в усилителе на кристалле Nd:YAG с обратной связью.

3.1. Теоретические оценки порога само-ОВФ.

3.2. Экспериментальные схемы и результаты.

Глава 4. Лазеры с распределенной обратной связью на самоиндуцированных решетках населенности в кристалле Nd:YAG.

4.1. Принцип работы СРОС-лазера на решетках показателя преломления.

4.2. Линейная схема лазерного генератора со СРОС.

4.3. Адаптивные свойства импульсно-периодического Nd:YAG лазера с петлевой геометрией СРОС.

Заключение. Литература.

Nd:YAG.