Регулярная и хаотическая динамика лазеров с активной синхронизацией мод и в автономном режиме с управляемыми параметрами для оптической диагностики

Акчурин, Александр Гарифович

Регулярная и хаотическая динамика лазеров с активной синхронизацией мод и в автономном режиме с управляемыми параметрами для оптической диагностики тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Акчурин, Александр Гарифович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Саратов МЕСТО ЗАЩИТЫ

2007 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Регулярная и хаотическая динамика лазеров с активной синхронизацией мод и в автономном режиме с управляемыми параметрами для оптической диагностики»

Автореферат диссертации на тему "Регулярная и хаотическая динамика лазеров с активной синхронизацией мод и в автономном режиме с управляемыми параметрами для оптической диагностики"

На правах рукописи

Акчурин Александр Гарифович

РЕГУЛЯРНАЯ И ХАОТИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА ЛАЗЕРОВ С АКТИВНОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ МОД И В АВТОНОМНОМ РЕЖИМЕ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

(специальность 01 04.21 - лазерная физика)

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саратов 2007

003161643

Работа выполнена в ГОУ ВПО Саратовский государственный университет имени Н Г Чернышевского

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

Мельников Леонид Аркадьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Аникеев Борис Васильевич

кандидат физико-математических наук, Паршков Олег Михайлович

Ведущая организация: Самарский государственный университет

Защита состоится «13» ноября 2007 г в 17-30 на заседании диссертационного совета Д 212 243 05 при Саратовском государственном университете им Н Г Чернышевского

Адрес 410026, г Саратов, ул Астраханская 83, корп 3, физический факультет СГУ

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Саратовского государственного университета имени Н Г Чернышевского

Автореферат разослан «(/» октября 2007г

Ученый секретарь диссертационного совета, .

доктор физико-математических наук, профессор р^/^у В Л Дербов

Общая характеристика

Актуальность темы.

В настоящее время ведущие лазерные и оптические центры Америки и Европы ведут интенсивные поиски и разработки по созданию новых типов оптических томографов для использования их в биомедицине, материаловедении и диагностике рассеивающих сред Существуют два перспективных направления для их разработки системы, использующие когерентные свойства излучения, и системы, использующие зондирование нано- и пикосекундными лазерными импульсами Интерес к данным разработкам выражается в большом числе патентов (более 500 зарубежных патентов и 6 патентов РФ) [л1, л2] Кроме того, в связи с интенсивным развитием оптических информационных технологий необходима разработка лазерных методов диагностики таких параметров оптических волноводов, фотонно-кристаллических сред и волокон, как дисперсия, определяющая скорость передачи информации, и возможности применения таких сред, например, для компенсации дисперсии в волоконно-оптических линиях связи Для этого необходимо измерение дисперсии в коротких образцах волокон или кристаллов Традиционно для указанных целей используются твердотельные лазеры с активной синхронизацией мод, генерирующие ультракороткие оптические импульсы [лЗ] Твердотельные фемтосекундные лазеры с пассивной синхронизацией мод выпускаются различными лазерными фирмами в Швейцарии, Германии, США, России и других станах В то же время пико- и наносекундные лазеры с активной синхронизацией мод являются достаточно сложными лазерными системами, оптимизация которых для прикладных целей требует значительных усилий Уже первые попытки получения синхронных лазерных импульсов как на основе газоразрядных, так и твердотельных лазеров столкнулись с проблемой очень узкой зоны синхронизации, составляющей 10"4 106 от межмодовой частоты Соответственно существуют жесткие требования на тепловой дрейф резонатора и на стабильность частоты радиочастотного генератора, вызывающего модуляцию потерь в резонаторе Однако механизмы разрушения режима вынужденной синхронизации мод, приводящие к хаотизации амплитуды и длительности импульсов, а также их последовательности, в численном и натурном экспериментах исследованы детально лишь для газовых лазеров Для твердотельных лазеров, которые генерируют пикосекундные импульсы, в эксперименте детально исследованы характеристики лазерных импульсов внутри зоны синхронизации, но практически отсутствуют сведения о механизмах их разрушения вне зоны синхронизации [л4, л5] Для разработчиков импульсных оптических томографов или оптоэлектронных зондирующих устройств важны сведения о стабильности амплитуды и длительности зондирующих импульсов, а также требования к системе активной стабилизации Однако и почти синхронные режимы также интересны, предоставляя возможность генерации импульсов с

управляемым уровнем нестабильностей частоты следования, амплитуды, частоты несущей и тд Таким образом, исследование процесса вынужденной синхронизации мод в лазере является не только одной из фундаментальных проблем лазерной физики и нелинейной динамики, но и важной практической задачей

В теории нелинейных колебаний известно, что стохастические флуктуации влияют на процесс синхронизации в автоколебательных системах, уменьшая с ростом мощности шума ширину зоны синхронизации Обнаружение явления стохастического резонанса показали, что в нелинейных системах может существовать оптимальное значение шума, при котором отношение сигнала к шуму достигает максимума [лб] Влияние стохастического шума на режим синхронизации лазерных мод практически не исследовалось, хотя в реальном эксперименте лазерная генерация возникает из спонтанного излучения, представляющего собой стохастический шум, при этом его спектральная ширина для твердотельных или полупроводниковых лазеров достигает от сотен ГГц до десятков ТГц для различных типов кристаллов

Многомодовые режимы генерации являются типичными для полупроводниковых и твердотельных лазеров, имеющих ширину линии усиления от сотен ГГц до десятков ТГц при межмодовом частотном расстоянии от сотен МГц до нескольких сотен ГГц В лазерном диоде может возбуждаться несколько десятков мод, а в твердотельном — от десятков мод в YAG Nd микролазерах до нескольких десятков и даже сотен тысяч (в титан-сапфировых) В полупроводниковых лазерах исследованы режимы возникновения хаоса, который экспериментально реализуется в системах с запаздывающей оптической обратной связью [л7,л8] Современная нелинейная динамика установила основные механизмы возникновения неустойчивостей и сценарии перехода к хаосу в нелинейных диссипативных системах Один из основных сценариев возникновения динамического хаоса в системе связанных осцилляторов - так называемый сценарий Рюэля-Такенса [л9,л 10] В лазерной физике такой механизм возникновения хаоса отмечался многими исследователями, в основном, в экспериментах с газоразрядными лазерами с неоднородно уширенной линией В силу особенностей полупроводниковых лазеров (большое число генерируемых частот, особенности дисперсии рабочего перехода) ожидается, что типичные сценарии хаотизации режимов работы лазера могут быть более сложными Исследования хаотизации излучения полупроводниковых лазеров, несомненно важны, так как инжекционные лазерные диоды составляют основу как сверхскоростных информационных систем, так и дисковых систем типа CD или DVD

В лазерных информационных и метрологических системах используются одночастотные лазеры со стабилизацией частоты Такие лазеры лежат в основе существующих оптических эталонов метра и времени В системах активной стабилизации характеристик излучения таких лазеров используется

запаздывающая обратная связь, которая при определенных уровнях может вызывать возникновение хаотических режимов генерации

В последнее время на диагностический рынок поставляются оптические низко-когерентные томографы (ОСТ) для биомедицинских исследований ("Carl Zeiss", Институт Прикладной Физики РАН (Нижний Новгород)) Несмотря на высокое разрешение по глубине в ОСТ, достигающее 10-15 мкм, общая глубина зондирования ограничена толщиной 1,5-2 мм для рассеивающих биотканей Для диагностики оптических неоднородностей на больших толщинах применяется зондирование лазерными импульсами или используются СВЧ модуляционные методы Однако эти нестационарные методы зондирования достаточно сложны в экспериментальном плане и требуют сверхбыстродействующей оптоэлектронной техники Поэтому ведутся разработки альтернативных оптических спекл-технологий, на основе которых возможно создание как оптических когерентных томографов, так и простых методов диагностики объемных рассеивающих сред толщиной порядка сантиметра и более

В ближайшее время на информационном рынке должны появиться новые типы оптических мультимедийных систем и лазерных проекционных телевизоров, интенсивно разрабатываемых в Японии и Южной Корее Их производство сдерживается нерешенной пока проблемой лазерных спеклов, влияющих на пространственное разрешение и цветовой контраст Представленные в работе результаты по управлению динамикой спеклов могут разрешить эту проблему подавления субъективных спеклов, воспринимаемых глазом человека

Перечисленные проблемы могут быть разрешены в рамках исследований динамических режимов работы различных типов лазеров, что и было целью настоящей диссертации В соответствие с этой целью был поставлен ряд задач, формулированных ниже.

Целью данной диссертационной работы являлось

1 Теоретическое исследование нелинейно-динамических процессов разрушения режима активной синхронизации мод в твердотельных лазеров с однородно-уширенной линией при различных управляющих параметрах и различном уровне влияния спонтанного излучения на ширину зоны синхронизации и на процесс формирования лазерных импульсов

2 Экспериментальное исследование хаотических и стабильных режимов многомодового излучения полупроводниковых инжекционных лазеров в автономном режиме при изменении параметра неравновесности

3 Теоретические исследования сценария перехода в режим динамического хаоса в одномодовом частотно-стабилизированном лазере с запаздывающей обратной связью, используемом в эталонах длины

4 Поиск и разработка новых оптических когерентных спекл-корреляционных методов диагностики мало- и многократно рассеивающих

случайных объемных сред и организованных волноведущих структур (оптические волоконные световоды) при помощи лазеров с управляемыми параметрами, в частности, уровнем девиации частоты генерации и временем когерентности, а также возможности создания на их основе оптического когерентного томографа

Решение данных задач составляет основу работы и соответствует теме диссертации, которая заключается в изучении характеристик лазеров, генерирующих ультра-короткие импульсы, лазеров с активной запаздывающей обратной связью, лазеров с большим числом продольных мод, лазеров, использующихся в проекционных или измерительных системах (ОСТ) В задачи работы входило не только исследование характеристик излучения и методов управления параметрами излучения лазеров, но и разработка практических приложений этих лазерных систем, основанных на особенностях режимов работы лазеров

Научная новизна работы

1 Впервые обнаружена конструктивная роль цветного стохастического шума при воздействии на режим активной синхронизации мод в твердотельном лазере, которая проявляется в существовании оптимального уровня шума при максимальной области синхронизации и минимальном уровне длительности лазерных импульсов (стохастический резонанс в лазерах)

2 Впервые установлены процессы разрушения режима активной синхронизации мод в твердотельном лазере через возникновение амплитудной модуляции огибающей последовательности оптических импульсов на частоте релаксационных колебаний, приводящих к возникновению регулярного пичкового режима, переходящего через механизм удвоения к хаотическому пичковому режиму

3 Впервые экспериментально обнаружен аномальный сценарий возникновения динамического хаоса в квантово-размерном инжекционном полупроводниковом лазере при увеличении параметра неравновесности, понижающего размерность автоколебательной системы, отличающийся от традиционного сценария Рюэля-Такенса

4 Впервые исследован сценарий возникновения хаоса в одномодовых частотно-стабилизированных лазерах с запаздывающей обратной связью в зависимости от вида дисперсионной энергетической характеристики

5 Предложен и запатентован метод оптической когерентной томографии на основе управления уровнем девиации частоты генерации зондирующего лазера и анализа динамической спекл-корреляционной структуры рассеянного оптического поля

6 Предложен и запатентован способ определения дисперсии много и маломодовых световодов с помощью полупроводниковых лазеров с управляемой когерентностью

7 Предложен и запатентован способ подавления лазерных спеклов на основе управления их динамикой

Научно-практическая значимость работы

1 Исследование механизмов разрушения режима активной синхронизации мод твердотельных лазеров позволяет выработать требования к стабильности длины резонатора и частоты модулятора межмодовых потерь для получения регулярной последовательности лазерных импульсов

2 Получение режимов с минимальной длительностью оптических импульсов в пичковом режиме в лазере с активной синхронизацией мод Использование стохастического резонанса для получения максимальной ширины зоны синхронизации и минимальной длительности лазерных импульсов

3 Предложен и запатентован оптический когерентный томограф, основанный на поперечной динамике спеклов, чувствительный к оптическим неоднородностям

4 Предложен и запатентован способ и устройство для подавления спеклов в лазерных дисплеях

5 Предложены спекл-корреляционные технологии определения параметров рассеяния частично-упорядоченных объемных сред, включая биоткани, а также межмодовой дисперсии оптических световодов длиной менее метра при изменении уровня девиации частоты лазера

6 Предложен спекл-корреляционный способ определения информационного быстродействия коротких оптических световодов за счет управления длиной когерентности лазерных диодов

Достоверность результатов

Достоверность результатов численного моделирования получила качественное подтверждение в эксперименте Все оригинальные экспериментальные результаты воспроизводятся при повторении, обработка и анализ экспериментальных данных проводилась на основе апробированных методов, также проводилось сравнение с известными результатами других авторов

На защиту выносятся следующие основные положения

1 В многомодовом твердотельном лазере с однородно-уширенной линией излучения в режиме активной синхронизации на межмодовой частоте существует оптимальный уровень спонтанного излучения, которому соответствует максимальная ширина зоны синхронизации и минимальная длительность лазерных импульсов

2 Сценарий разрушения режима активной синхронизации мод YAG Nd лазера при модуляции потерь в резонаторе на межмодовой частоте (сотни МГц) при изменении частотной расстойки осуществляется через мягкое возбуждение регулярной амплитудной модуляции огибающей оптических импульсов на

частоте релаксационных колебаний (десятки кГц), при увеличении частотной расстройки возникает регулярный пичковый режим, переходящий через механизм удвоения периода релаксационных колебаний в хаотический пичковый режим

3 В многочастотном инжекционном полупроводниковом квантово-размерном лазерном диоде с межмодовым расстояниям в сотни ГГц при возрастании управляющего параметра неравновесности (превышение усиления над потерями аг) понижается размерность автоколебательной системы глобально-связанных осцилляторов При возбуждении четырех продольных мод реализуется режим динамического хаоса, который при дальнейшем увеличении аг приводит к устойчивому одночастотному режиму генерации, что отличается от традиционного сценария перехода к хаосу Рюэля-Такенса

4 В частотно-стабилизированных лазерах с нелинейной дисперсионной зависимостью интенсивности от частоты генерации переход к режиму динамического хаоса осуществляется через последовательность удвоения периода колебаний лазерной мощности, определяемой эффективным временем запаздывания

5 Экспериментально обнаруженный оптический интерференционный эффект поперечной динамики спеклов, возникающий при зондировании оптических волноведущих структур (оптическое волокно), а также частично-упорядоченных рассеивающих объемных сред, реализуется при условии, если время когерентности или обратная величина девиации частоты перестраиваемого зондирующего лазерного излучения становятся соизмеримыми с временем задержки волноводных мод в оптическом волокне или со средним временем фазовой задержки рассеянных волн в объемной среде

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях

1 Synchronization of Chaotic and Stochastic Oscillations 2002, Application in Physics, Chemistry, Biology and Medicine, Saratov, Russia, September 22-28, 2002,

2 Нелинейные Дни для Молодых в Саратове - 2002, Саратов, Россия, 30 сентября-5 октября 2002,

3 International Conference "Photonics West", San-Jose, USA, 2005,

4 Всероссийский конкурс инновационных проектов «Живые Системы», ВятГу, Киров, Россия, 24-26 ноября 2005,

5 Всероссийская школа-конференция конкурса инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетным направлениям развития науки и техники, МГУ, Москва, 2005,

6 The Third International Conference on Laser Optics for Young Scientist -2006, St Petersburg, Russia, 26-30 June, 2006,

7 Нелинейные Дни для Молодых в Саратове 2006, Саратов, Россия, 25 октября -2 ноября 2006,

8-11 International School for Young Scientist and Students on Optics, Laser Physics and Biophysics- Saratov Fall Meeting 1999, 2000, 2001, 2006 Saratov, Russia

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 9 статей в трудах международных и всероссийских конференций и три патента РФ на изобретение

Личный вклад автора

Личный вклад автора состоит в проведении численного моделирования сложной динамики твердотельных и частотно-стабилизированных лазеров, обработке и интерпретации результатов, разработке и проведении экспериментов по управлению спектральными и когерентными свойствами излучения полупроводниковых лазеров, апробации спекл-корреляционных оптических методов диагностики объемных рассеивающих и волноведущих структур Постановка исследовательских задач по численному моделированию динамики лазеров и обсуждение результатов осуществлялось профессором, д ф -м н Мельниковым J1 А Проведение экспериментов осуществлялось совместно с доцентом, к ф -м н Акчуриным Г Г

Работа выполнена в лабораториях кафедр «Лазерной и компьютерной физики» и «Оптики и Биомедицинской физики» ГОУ ВПО СГУ

Гранты

Данные исследования поддерживались фантами РФФИ «Ведущие научные школы» № 96-15-96389, Президента России № 25 2003 2 «Ведущие научные школы », U S Civilian Research & Development Foundation for the Independent States of the Former Soviet Union REC-006 и целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008) РПН 2 1 1 4473 и CRDF RUXO-OO6-SR-O6/BPIMO6

Структура и Объем работы

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы Общий объем диссертации составляет 128 страниц текста, иллюстрированного 45 рисунками

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, ее новизна и практическая значимость, определена цель, представлены основные результаты, полученные в ходе работы, и основные положения, выносимые на защиту

Первая глава диссертации посвящена численному моделированию процессов разрушения режима вынужденной синхронизации мод в

твердотельном лазере Впервые показано существование оптимального уровня спонтанного шума на ширину зоны синхронизации, приводящего к минимальной длительности лазерных импульсов и максимальной ширине зоны синхронизации

Исследован процесс формирования лазерного импульса из спонтанного шума и влияние уровня спонтанного излучения на ширину зоны синхронизации твердотельного лазера, а также механизмы разрушения режима синхронизации мод при изменении таких управляющих параметров, как расстройка частоты модуляции потерь и межмодовой частоты, глубина модуляции потерь

Реализация временного подхода, основанного на лазерных уравнениях Максвелла-Блоха для поля, поляризации и населенности, позволила проанализировать процесс формирования лазерного импульса из спонтанного шума, при этом уравнения в явном виде записывались следующим образом и решались численно

Г за 1 ал] g . ч

£ = , (1) а 2

Ç = _r(D_l)_1(A-p-AP')

где E(x,y,z,t)='/2A(z,t)1l,(x,y,z)exp(-ii't+ikz)+K с, A(z,t) - медленно меняющаяся амплитуда поля, ^(x,y,z) - модовая функция, Г и у - скорости релаксации поляризации среды Р и нормализованной инверсии D, соответственно, g -коэффициент усиления на единицу длины, L - оптическая длина резонатора

Модуляция амплитуды оптического поля осуществлялась следующим образом

Aout=Am {[(1+ m) + (1- m) Cos wmt]/2}1/2, (2)

где m - глубина модуляции потерь, cjm - частота модуляции

В системе координат, бегущей вместе с импульсом, первое уравнение принимает вид

A n+i(t) = An(t)+gP(t), (3)

где An(t) - импульс на n-ом обходе резонатора

В расчете задавался исходный импульс Ao(t), затем рассчитывались Р(1)и D(t) с использованием второго и третьего уравнений Затем комплексная амплитуда импульса на следующем проходе рассчитывается по условию

An+1(t) = {An(t)+gP(t)}{1 +m+( 1 -m)cos um(t-T)}1/2+ 6n(t), (4)

где €„ (t) - случайная комплекснозначная функция, моделирующая спонтанную эмиссию с временем корреляции 1/Г, Т - время обхода резонатора

Детально проанализирован сценарий разрушения режима синхронизации мод при изменении частотной расстройки, который начинается с возникновения регулярной огибающей последовательности лазерных импульсов на частоте релаксационных колебаний , переходящей к

хаотическому режиму через механизм перемежаемости, что отражается в возникновении дополнительных импульсов в определенные моменты времени. При дальнейшем увеличении частотной расстройки возникает регулярный пичковый режим, в котором амплитуда импульсов возрастает более чем на порядок и, соответственно, уменьшается их длительность. Разрушение регулярного пичкового режима осуществляется через сценарий удвоения периода релаксационных колебаний огибающей последовательности импульсов, приводящий к хаотическому пичковому режиму. Основные особенности процесса разрушения последовательности лазерных импульсов представлены на рис. 1.

intensity wWTiUu

"S rfmUUlH

150 /\\Ш U

'2s / HiHUUU

J UmUlu

75. I UUUUU

50 WWWv^

0 -

00 0 5 1.0 U (IS

(a) (6)

intensity

5000.

«0

3000

2000

1000 0

0.0 1.0 2.0 3.0 40 501, re "o.O 1.0 2.0 30 t,ns

(В) (Г)

Рис.1. Эволюция режимов разрушения вынужденной синхронизации мод для различных частотных расстроек резонатора YAG:Nd лазера: (а) режим стабильной генерации; (б) режим регулярной амплитудной модуляции последовательности лазерных импульсов с периодом релаксационных колебаний; (в) пичковый режим; (г) развитый хаотический пичковый режим, возникающий через последовательность удвоения периода релаксационных колебаний.

В нелинейной динамике при исследовании стохастического резонанса для сигналов с конечной шириной спектральных линий было установлено, что шум может уменьшить ее ширину. Исследование зависимости ширины зоны синхронизации от уровня глубины модуляции потерь при различном значении спонтанного шума впервые показали, что существует его оптимальное значение, при котором ширина зоны синхронизации максимальна. Из результатов расчета, представленных на рис.2, видно существование оптимального значения шума с максимальной шириной зоны синхронизации.

00 10 20 30 Ins

Рис.2. Зависимость ширины зоны синхронизации от глубины модуляции потерь в резонаторе ГП[ при изменении расстройки для различного уровня спонтанного шума: 1 - уровень нормированной мощности шума Ы= 1010; 2 - N = Ю"6; 3 - N = 10"3; ось абсцисс: значения частотной расстройки, хЮ кГц.

Во второй главе численно исследованы сценарии перехода от стационарного состояния в режим генерации нерегулярных пульсаций выходной оптической мощности, которые могут возникать в одномодовом лазере с активной системой стабилизации частоты. В зависимости от таких управляющих парамегров, как коэффициент усиления обратной связи, превышение лазерного усиления над потерями, отношение однородной ширины линии к доплеровской, исследованы особенности перехода в режим динамического хаоса. Показана возможность возникновения хаотических режимов в лазерах с нелинейно-поглощающей

ячейкой, на основе которых реализуются международные эталоны длины.

100 1Л с я ню г/т

Рис.3. Сценарий перехода в режим динамического хаоса через последовательность бифуркаций удвоения периода для неоднородно-уширенного одномодового частотно-стабилизированного лазера при изменении коэффициента обратной связи: временная реализация; (а) режим удвоение периода; (б) режим динамического хаоса.

В данной главе представлены экспериментальные результаты принципиально отличного от классического сценария Рюэля-Такенса возникновения динамического хаоса, наблюдаемого в полупроводниковом квантово-размерном многомодовом лазере при изменении такого управляющего параметра неравновесности, как ток инжекции.

Вблизи порога генерации в лазере возбуждаются более 20 стабильных мод с асимметричной лоренцевской огибающей. При этом до порога генерации спектр излучения был сплошной с резонансными пиками на межмодовых частотах. С ростом тока инжекции длина когерентности возрастала, однако

вблизи порога не превышала 50 микрон. Сразу после порога генерации возбуждается более 20 продольных мод, при этом длина когерентности вследствие многомодовости не превышает 100 микрон. С ростом тока инжекции, несмотря на линейное возрастание суммарной лазерной мощности, увеличивается нелинейное глобальное взаимодействие мод, которое и вызывает подавление мод на краю линии излучения. Дальнейший рост уровня превышения над потерями понижает размерность автоколебательной системы. Вследствие увеличения степени конкуренции мод, спектр мод прореживается, но остается стабильным, хотя и зависит при фиксированном токе от частотной настройки мод относительно центра линии излучения. При определенном превышении порога жестко возбуждаются 4 продольные моды с соизмеримой интенсивностью, при этом мониторинг спектра мод показал возникновение сильных пульсаций интенсивности мод, их спектральное уширение, нестационарность функции когерентности и резкую потерю контрастности интерференционных полос, их хаотическую девиацию. Типичные интерференционные структуры, соответствующие режиму динамического хаоса и стабильной одночастотной генерации, возникающей при дальнейшем увеличении параметра нелинейности, регулируемого током инжекции, представлены на рис.4. Режим генерации 4-х мод также является нестационарным, сильно зависящим от настройки мод резонатора относительно центра линии излучения. При дальнейшем росте тока инжекции реализуется режим стабильной двухмодовой генерации, скачкообразно переходящий в одномодовый режим.

Рис.4. Изменение контрастности интерференционных полос, полученных с помощью интерферометра Жамена, при увеличении превышения усиления над порогом генерации в квантово-размерном лазерном диоде с А=635 нм, вызванного изменением тока инжекции: (а) режим динамического хаоса с жестким возбуждением 4 продольных мод; (б) режим стабильной одночастотный генерации.

Третья глава посвящена разработке спекл-корреляционных методов диагностики фазовых задержек волн в структурно-организованных волноведущих оптических информационных системах, включая оптические световоды, с целью определения модовой дисперсии, определяющей быстродействие с помощью лазеров с управляемым спектром и когерентностью. При диагностике случайных или частично организованных

сред, включая биоткани, предлагаемые технологии могут быть положены в основу оптических когерентных томографов.

Приведены результаты экспериментальных исследований поперечной динамики спекл-структур, возникающих в выходном излучении световодов или рассеивающих объемных сред, при зондировании их лазерным излучением с диапазоном перестройки частоты от сотен МГц до сотен ГГц. Показана возможность использования этого интерференционного эффекта для определения дисперсии коротких оптических волокон и фазовых задержек в многократно рассеивающих оптически неоднородных средах. Диапазон изменения зондирующей лазерной частоты в экспериментах составлял при этом поперечный размер каждой из возбуждаемых волноводных мод и средние размеры спеклов практически не изменялись.

Спекл-картина в поперечном сечении выходного излучения световода возникает вследствие интерференции всех направляемых волноводных мод (число которых может достигать нескольких тысяч) или рассеянных парциальных волн в оптически неоднородных средах, при этом индивидуальная фазовая задержка в каждой их них различна и зависит от частоты. При перестройке частоты зондирующего излучения лазера происходит изменение условий возникновения интерференции, что вызывает изменение наблюдаемой спекл-картины.

Типичные картины поперечного распределения спекл-структур для лазерного излучения, прошедшего маломодовый световод с фиксированной длиной, для различных дискретных частотных расстроек резонатора Не-Ые

Рис.5. Эволюция поперечной спекл-структуры маломодового волокна длиной 5 км (0=9 мкм, №4=0.13) при дискретной перестройке частоты Не-Ые лазера с шагом 0.33 ГГц.

Такие же режимы детерминированного изменения спекл-структур наблюдались в много- и мапомодовых волокнах, возбуждаемых излучением одночастотного лазерного диода при изменении тока инжекции. Так как диапазон перестройки частоты при изменении тока инжекции может достигать десятков ГГц, а время переключения тока инжекции может составлять менее 1 не, с помощью спекл-динамического эффекта можно осуществлять наносекундное пространственное управление или кодирование лазерного пучка, прошедшего маломодовое оптическое волокно.

Проведенные эксперименты на многомодовых оптических волокнах различной длины показали, что степень изменения поперечной структуры спекл-картины излучения (прошедшего световод) связанная со средней дифференциальной фазовой задержкой волноводных мод и оцениваемая через двумерный коэффициент пространственной корреляции интенсивности, пропорциональна величине изменения частотной расстройки зондирующего излучения Ду

Известно, что для используемых типичных многомодовых волокон (0=50 мкм и ИА= 0 2) характерная величина межмодовой дисперсии, измеряемая с помощью лазерных импульсных или модуляционных методов, составляет 20-30 МГц/км Результаты вычислений двумерного коэффициента корреляции интенсивности спекл-картины от частотной расстройки при фиксированной длине многомодового волокна представлены на Рис 6

1й агор,МГц

Рис.6 Зависимость двумерного коэффициента корреляции спекл-структур на выходе многомодового оптического волокна (Э=50 мкм, ИА=0 2) от перестройки частоты Не-Ые лазера

Предлагаемая когерентно-оптическая методика, основанная на анализе поперечной динамики спеклов, возникающей при зондировании лазерным излучением с перестройкой частоты, может быть использована для диагностики оптически неоднородных случайных или упорядоченных объемных сред Экспериментально исследовалась динамика спекл-структур при зондировании фторопластовых пластин с различной толщиной - от сотен микрон до 2-х сантиметров, причем максимальная толщина определялась чувствительностью видеокамеры и мощностью зондирующих лазеров.

Рис.7. Зависимость двумерного

коэффициента корреляции спекл- структур от перестройки частоты (ГГц) в УАО-Ыс1 лазере с диодной накачкой (Я.=532 нм, Р=4мВт) при зондировании в проходящем свете фторопластовых пластин различной толщины (цифры у кривых)

Как показали эксперименты (рис 7), когерентно-оптический метод при пространственном сканировании

зондирующим лазерным пучком позволяет

К 08 06-, 0402-

* . 5мм

а ",10 мм ■

ЧОмм" ■ .

А-Ь-

1 " « . «

О 10 20 30 40 50 60 ГГц

определить локальные пространственные оптические неоднородности по изменению коэффициента корреляции спекл-полей (на этот способ создания когерентного оптического томографа получен патент РФ №.2303393).

Обнаруженный оптический когерентный эффект динамики спеклов может быть положен в основу устройства для подавления лазерных спеклов в интенсивно разрабатываемых в настоящие время лазерных мультимедийный проекторах (патент РФ №2282228).

Эффект подавления спеклов может быть использован для расширения функциональных возможностей лазерного конфокального гейдельбергского ретинотомографа (НЯТ), используемого для диагностики глаукомы при наличие сопутствующей катаракты.

Рис.8. Подавление спекл-структуры с помощью лазера с девиацией частоты, при периоде сканирования меньшем, чем быстродействие

фотодетектора (например, глаза или видеокамеры)

Зондирование структурно-организованных оптических волноведущих сред (короткие световоды) с помощью полупроводникового лазера с управляемой длиной когерентности позволило определять скорость передачи информации, ограниченной модовой дисперсией, на основе измерения контрастности спекл-структуры на выходе волокна.

Рис.9. Эволюция изменения контрастности спекл-картины на выходе типичного многомодового кварцевого оптического волокна (0=50; ЫА=0.2) длиной 10 см при зондировании лазерным диодом с перестраиваемой длиной когерентности: (а) максимальная контрастность - одночастотный режим, время когерентности >100 не; (б) время когерентности 1^= 2 пс; (в) 1с =300фс

Контрастность спекл-картины, получаемой при зондировании излучением лазерного диода, работающем в одночастотном режиме, достигала

максимального значения Время когерентности зондирующего лазерного излучения, соответствующее уменьшению контрастности спекл-картины в 2 раза, определяло величину модовой дисперсии

В заключении сформулированы основные результаты

Основные результаты

1 С помощью численного моделирования исследованы основные сценарии разрушения режима вынужденной синхронизации мод в твердотельном лазере при изменении частотной расстройки, которые получили свое качественное подтверждение в экспериментах, известных в литературе

2 Для многомодового твердотельного лазера с однородно-уширенной линией излучения в режиме активной синхронизации на межмодовой частоте установлено, что существует оптимальное значение уровня спонтанного шума, при котором ширина зоны синхронизации максимальна, а длительность лазерных импульсов минимальна, что соответствует максимальной сфазированности мод

3 Экспериментально обнаружен аномальный, по сравнению традиционным сценарием Рюэля-Такенса, переход в режим динамического хаоса в полупроводниковом лазерном диоде с частотным межмодовым расстоянием в сотни ГГц (автономная нелинейная система с глобальной связью) при возрастании такого управляющего параметра неравновесности, как превышение усиления над потерями

4 Проведенные численные эксперименты позволили установить, что в одномодовых лазерах с активной системой стабилизации частоты необходимо тщательно следить за такими управляющими параметрами, как усиление в системе цепи обратной связи и степень нелинейности в частотном дискриминаторе активного или пассивного элемента лазера, иначе частотно-стабилизированный лазер может превратиться в оптический генератор шума

5 Обнаружен и интерпретирован интерференционный эффект динамики спеклов, возникающий при зондировании стационарных случайных или частично-упорядоченных оптически-неоднородных объемных сред и волноведущих информационных систем излучением лазеров с перестраиваемой частотой Апробирован и запатентован на его основе спекл-корреляционный метод определения эффективных фазовых задержек в коротких (менее метра) мало и многомодовых световодах и рассеивающих средах

6 Предложен и запатентован спекл-корреляционный оптический когерентный томограф, основанный на динамике спеклов с возможностью зондирования сильно-рассеивающих сред толщиной несколько сантиметров

7 Запатентован способ и устройство для подавления спеклов в мультимедийных лазерных дисплеях

8 На основе возможности управления когерентными свойствами лазерных диодов предложен и запатентован спекл-корреляционный способ определения временных задержек в пико-4 и фемтосекундной области, позволивший

измерить модовую дисперсию многомодовых световодов длиной менее 10 сантиметров

Список цитированных источников

л1 Fercher A F Optical coherence tomography // J Biomed Opt 1996, vol 1, p 157173

л2 Optical Biomedical Diagnostics Handbook ed V V Tuchin SPIE Press monography V PM 107, 2003

лЗ Херман И, Вильгельми Б Лазеры сверхкоротких световых импульсов M Мир, 1986

л4 Голяев Ю Д, Лантратов С В Активная синхронизация мод непрерывных лазеров на гранате с неодимом // Квантовая электроника, 1983, Т 10, №5, с 925931

л5 Хакен Г Лазерная светодинамика M Мир, 1988,

лб Анищенко В С , Астахов В В , Вадивасова Т Е , Нейман А Б , Стрелкова Г И, Шиманский-Гайер Л Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах Москва-Ижевск Институт компьютерных исследований, 2003, 529 с

л7 Ораевский А H Динамика одномодовых лазеров и динамический хаос // Изв Вузов Прикладная нелинейная динамика, 1996,т 4, №1, с 3-32 л8 Mork J ,Tromborg В ,Christiansen P Bistability and low-frequency fluctuations m semiconductor laser with optical feedback // IEEE J Quantum Electronics 1988, vol 24, N 2 , p 123-130

л9 Рюэль Д,ТакенсФ Странные аттракторы M Мир, 1982 л 10 Кузнецов С П Динамический хаос. M Физматлит, 2001

Список литературы, опубликованный по теме диссертации

1 Акчурин Г Г , Акчурин А Г Оптический хаос в одномодовом частотно-стабилизированном лазере // Изв ВУЗ ПНД, 2000, том 8, № 2, с 57-66

2 Акчурин Г Г , Акчурин А Г Фотохромная спекл-диагностика объемных рассеивающих сред и оптических световодов лазерами с перестраиваемой частотой // Письма в ЖТФ, 2004, том 30, вып 24, с 56-62

3 Акчурин Г Г, Акчурин А Г Когерентная поперечная динамика спеклов при зондировании стационарных объемных рассеивающих сред лазером с девиацией частоты // Опт и спектр, 2005, том 98, вып 2, с 300-308

4 Акчурин Г Г, Акчурин А Г Аномальный сценарий возникновения динамического хаоса в многомодовых лазерных диодах // Письма ЖТФ, 2005,том 31 ,вып 10, с 76-82

5 Акчурин А Г, Акчурин Г Г, Мельников Л А Процесс разрушения режима вынужденной синхронизации мод в твердотельном лазере и аномальное влияние уровня спонтанного шума на ширину зоны синхронизации //Письма ЖТФ, 2006, том 32, вып 13, с 80-87

6 Акчурин Г Г, Акчурин А Г Спекл-корреляционный метод определения дисперсии световодов и параметров рассеяния в оптически неоднородных средах лазерами с девиацией частоты // Приборы и техника эксперимента, 2006, №4, с 110-115

7 Патент РФ на изобретение № 2282228, Способ подавления лазерных спеклов в оптических сканирующих дисплеях и устройство для его осуществления (варианты) Акчурин А Г, Акчурин Г.Г, 2006 08 20, Бюл № 21

8 Патент РФ на изобретение № 2303393 Способ оптической когерентной томографии Акчурин А Г, Акчурин Г Г., 2007 07 27, Бюл № 21

9 Положительное решение по заявке на изобретение № 2006124963 Способ определения дисперсии оптических волноведущих систем, Акчурин АГ, Акчурин Г Г , Скибина ЮС 26 04 2007.

10 Akchurm A G , Akchurm G G Optical chaos in single -mode frequency stabilized laser//ProcSPIE, 2000, vol 4002, p 114-120.

11 A G Akchurm, G G Akchurm, L A Melmkov Optical dynamic chaos in gasdischarge laser with delayed feedback //Proc SPIE, 2001, vol 4243, p 75-78

12 Akchurm A G, Akchurm G G, Mel'mkov L A Anomalous action of spontaneous emission on the bandwidth of synchronization YAG Nd actively mode-locked laser // SYNCHRO, Saratov, Russia, 2002 p. 14

13 A G Akchurm, G G Akchurm, L A. Melmkov Anomalous action of spontaneous emission on the bandwidth of synchronization m YAG Nd mode-locked laser //Proc SPIE, 2002, vol.4706, p.l3-17

14 Акчурин А Г Эволюция формирования лазерного импульса в режиме активной синхронизации мод и механизмы его разрушения // Нелинейные дни для молодых в Саратове, Россия, 2002, с 34-37

15 AG Akchurm, GG Akchurm Transverse dynamics of speckles m output radiation of optical fiber and determination of mtermode dispersion generated under probing of laser diode with GHz frequency deviation // Proc.SPIE, 2005, vol 5727, p 186-192

16 Акчурин А Г., Бондаренко О А. Лазерный ретинотомограф с девиацией частоты для диагностики глаукомы при наличии катаракты // Сборник трудов всероссийского конкурса инновационных проектов «Живые Системы», ВятГу-2005, с 5-9

17 Akchurin AG, Akchurm G.G Using tunable lasers for photochromic coherent speckle diagnostics of bulk scattering media // LOYS, St Petersburg, Russia, 2006, p 76-77

18 Акчурин А Г Аномальный сценарий возникновения динамического хаоса в многомодовых лазерных диодах // Нелинейные дни для молодых в Саратове, Россия, 2006, с 28-31

Акчурин Александр Гарифович

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 05 10 2007 Формат 60x84 1/16 Объем 1,0 п л Тираж 100 экз Заказ 112

Типография Издательства Саратовского университета 410012, Саратов, Астраханская, 83

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Акчурин, Александр Гарифович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРОЦЕСС РАЗРУШЕНИЯ РЕЖИМА ВЫНУЖДЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ МОД В ТВЕРДОТЕЛЬНОМ ЛАЗЕРЕ И АНОМАЛЬНОЕ ВЛИЯНИЕ УРОВНЯ СПОНТАННОГО ШУМА НА ШИРИНУ ЗОНЫ СИНХРОНИЗАЦИИ.

1.1. Введение.

1.2.Синхронизация N связанных генераторов при параметрическом воздействии внешней силы.

1.3 Синхронизация в присутствии шума.

1.4. Вынужденная синхронизации мод в твердотельном лазере.

1.5. Формирование лазерного импульса.

1.6. Сценарий разрушения режима синхронизации мод.

1.7. Аномальное влияние уровня спонтанного шума на ширину зоны синхронизации.

1.8. Сравнение с экспериментальными исследованиями.

1.9.Вывод ы.

ГЛАВА 2. СЦЕНАРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ХАОСА В ОДНОМОДОВЫХ ЧАСТОТНО-СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ И В МНОГОМОДОВЫХ ЛАЗЕРАХ, ГЕНЕРИРУЮЩИХ В АВТОНОМНОМ РЕЖИМЕ.

2.1 Динамический хаос в одномодовых лазерах.

2.2. Оптический хаос в одномодовом частотно-стабилизированном лазере.55 2.3.Особенности динамических режимов в частотно-стабилизированных лазерах.

2.4. Аномальный сценарий возникновения динамического хаоса в многомодовом полупроводниковом лазере при изменении параметра неравновесности.

2.5. Методика и результаты эксперимента.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. ФОТОХРОМНАЯ КОГЕРЕНТНАЯ СПЕКЛ-ДИАГНОСТИКА ОБЪЁМНЫХ РАССЕИВАЮЩИХ СРЕД И ОПТИЧЕСКИХ СВЕТОВОДОВ ЛАЗЕРАМИ С УПРАВЛЯЕМОЙ ЧАСТОТОЙ И ВРЕМЕНЕМ КОГЕРЕНТНОСТИ.

3.1. Экспериментальная установка для исследования динамики спеклов волноводных мод и объемных рассеивающих сред.

3.2. Спекл-технологии определения дисперсии коротких световодов.

3.3. Волноводная модель спекл- фотохромного эффекта в световоде.

3.4. Когерентная поперечная динамика спеклов при зондировании стационарных объемных рассеивающих сред лазером с девиацией частоты.

3.5. Определения модовой дисперсии оптических волноведущих систем с помощью полупроводниковых лазеров с управляемой временной когерентностью.

3.6. Способ подавления лазерных спеклов в оптических мультимедийных дисплеях на основе сканирования частоты излучения лазеров.

3.7. Лазерный ретинотомограф с девиацией частоты для диагностики глаукомы при наличии катаракты.

3.8. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Регулярная и хаотическая динамика лазеров с активной синхронизацией мод и в автономном режиме с управляемыми параметрами для оптической диагностики"

Соответственно существуют жесткие требования на тепловой дрейф резонатора и на стабильность частоты радиочастотного генератора, вызывающего модуляцию потерь в резонаторе. Однако механизмы разрушения режима вынужденной синхронизации мод, приводящие к хаотизации амплитуды и длительности импульсов, а также их последовательности, в численном и натурном экспериментах исследованы детально лишь для газовых лазеров. Для твердотельных лазеров, которые генерируют пикосекундные импульсы, в эксперименте детально исследованы характеристики лазерных импульсов внутри зоны синхронизации, но практически отсутствуют сведения о механизмах их разрушения вне зоны синхронизации [4, 5]. Для разработчиков импульсных оптических томографов или оптоэлектронных зондирующих устройств важны сведения о стабильности амплитуды и длительности зондирующих импульсов, а также требования к системе активной стабилизации. Однако и почти синхронные режимы также интересны, предоставляя возможность генерации импульсов с управляемым уровнем нестабильностей частоты следования, амплитуды, частоты несущей и т.д. Таким образом, исследование процесса вынужденной синхронизации мод в лазере является не только одной из фундаментальных проблем лазерной физики и нелинейной динамики, но и важной практической задачей.

В теории нелинейных колебаний известно, что стохастические флуктуации влияют на процесс синхронизации в автоколебательных системах, уменьшая с ростом мощности шума ширину зоны синхронизации. Обнаружение явления стохастического резонанса показали, что в нелинейных системах может существовать оптимальное значение шума, при котором отношение сигнала к шуму достигает максимума [6]. Влияние стохастического шума на режим синхронизации лазерных мод практически не исследовалось, хотя в реальном эксперименте лазерная генерация возникает из спонтанного излучения, представляющего собой стохастический шум, при этом его спектральная ширина для твердотельных или полупроводниковых лазеров достигает от сотен ГГц до десятков ТГц для различных типов кристаллов.

Многомодовые режимы генерации являются типичными для полупроводниковых и твердотельных лазеров, имеющих ширину линии усиления от сотен ГГц до десятков ТГц при межмодовом частотном расстоянии от сотен МГц до нескольких сотен ГГц. В лазерном диоде может возбуждаться несколько десятков мод, а в твердотельном - от десятков мод в YAG:Nd микролазерах до нескольких десятков и даже сотен тысяч (в титан-сапфировых). В полупроводниковых лазерах исследованы режимы возникновения хаоса, который экспериментально реализуется в системах с запаздывающей оптической обратной связью [7, 8]. Современная нелинейная динамика установила основные механизмы возникновения неустойчивостей и сценарии перехода к хаосу в нелинейных диссипативных системах. Один из основных сценариев возникновения динамического хаоса в системе связанных осцилляторов - так называемый сценарий Рюэля-Такенса [9, 10]. В лазерной физике такой механизм возникновения хаоса отмечался многими исследователями, в основном, в экспериментах с газоразрядными лазерами с неоднородно уширенной линией. В силу особенностей полупроводниковых лазеров (большое число генерируемых частот, особенности дисперсии рабочего перехода) ожидается, что типичные сценарии хаотизации режимов работы лазера могут быть более сложными. Исследования хаотизации излучения полупроводниковых лазеров, несомненно важны, так как инжекционные лазерные диоды составляют основу как сверхскоростных информационных систем, так и дисковых систем типа CD или DVD.

В лазерных информационных и метрологических системах используются одночастотные лазеры со стабилизацией частоты. Такие лазеры лежат в основе существующих оптических эталонов метра и времени. В системах активной стабилизации характеристик излучения таких лазеров используется запаздывающая обратная связь, которая при определенных уровнях может вызывать возникновение хаотических режимов генерации.

В последнее время на диагностический рынок поставляются оптические низко-когерентные томографы (ОСТ) для биомедицинских исследований ("Carl Zeiss", Институт Прикладной Физики РАН (Нижний Новгород)). Несмотря на высокое разрешение по глубине в ОСТ, достигающее 10-15 мкм, общая глубина зондирования ограничена толщиной 1,5-2 мм для рассеивающих биотканей. Для диагностики оптических неоднородностей на больших толщинах применяется зондирование лазерными импульсами или используются СВЧ модуляционные методы. Однако эти нестационарные методы зондирования достаточно сложны в экспериментальном плане и требуют сверхбыстродействующей оптоэлектронной техники. Поэтому ведутся разработки альтернативных оптических спекл-технологий, на основе которых возможно создание как оптических когерентных томографов, так и простых методов диагностики объемных рассеивающих сред толщиной порядка сантиметра и более.

В ближайшее время на информационном рынке должны появиться новые типы оптических мультимедийных систем и лазерных проекционных телевизоров, интенсивно разрабатываемых в Японии и Южной Корее. Их производство сдерживается нерешенной пока проблемой лазерных спеклов, влияющих на пространственное разрешение и цветовой контраст. Представленные в работе результаты по управлению динамикой спеклов могут разрешить эту проблему подавления субъективных спеклов, воспринимаемых глазом человека.

Перечисленные проблемы могут быть разрешены в рамках исследований динамических режимов работы различных типов лазеров, что и было целью настоящей диссертации. В соответствие с этой целью был поставлен ряд задач, формулированных ниже.

Целыо данной диссертационной работы являлось

1. Теоретическое исследование нелинейно-динамических процессов разрушения режима активной синхронизации мод в твердотельных лазеров с однородно-уширенной линией при различных управляющих параметрах и различном уровне влияния спонтанного излучения на ширину зоны синхронизации и на процесс формирования лазерных импульсов.

2. Экспериментальное исследование хаотических и стабильных режимов многомодового излучения полупроводниковых инжекционных лазеров в автономном режиме при изменении параметра неравновесности.

3. Теоретические исследования сценария перехода в режим динамического хаоса в одномодовом частотно-стабилизированном лазере с запаздывающей обратной связью, используемом в эталонах длины.

4. Поиск и разработка новых оптических когерентных спекл-корреляционных методов диагностики мало- и многократно рассеивающих случайных объемных сред и организованных волноведущих структур (оптические волоконные световоды) при помощи лазеров с управляемыми параметрами, в частности, уровнем девиации частоты генерации и временем когерентности, а также возможности создания на их основе оптического когерентного томографа.

I мод; лазеров, использующихся в проекционных или измерительных системах

ОСТ). В задачи работы входило не только исследование характеристик излучения и методов управления параметрами излучения лазеров, но и разработка практических приложений этих лазерных систем, основанных на особенностях режимов работы лазеров.

В соответствии с поставленной целыо решались следующие задачи:

1. Теоретическое исследование процесса формирования оптических импульсов в режиме вынужденной синхронизации мод твердотельного лазера и эволюции их разрушения при частотной расстройки.

2. Теоретическое исследование влиянию уровня спонтанного шума на ширину зоны синхронизации и длительность оптических импульсов.

3. Экспериментальное исследование перехода к режиму возникновения хаос в многомодовом квантово-размерном гетеролазере.

4. Экспериментальное исследование динамики спекл-поля при зондировании стационарных объемных рассеивающих частично-упорядоченных сред или маломодовых оптических световодов излучением лазерного диода и компактного твердотельного лазера с диодной накачкой при перестройки частоты.

Научная новизна работы

1. Впервые обнаружена конструктивная роль цветного стохастического шума при воздействии на режим активной синхронизации мод в твердотельном лазере, которая проявляется в существовании оптимального уровня шума при максимальной области синхронизации и минимальном уровне длительности лазерных импульсов (стохастический резонанс в лазерах).

2. Впервые установлены процессы разрушения режима активной синхронизации мод в твердотельном лазере через возникновение амплитудной модуляции огибающей последовательности оптических импульсов на частоте релаксационных колебаний, приводящих к возникновению регулярного пичкового режима, переходящего через механизм удвоения к хаотическому пичковому режиму. Впервые экспериментально обнаружен аномальный сценарий возникновения динамического хаоса в квантово-размерном инжекционном полупроводниковом лазере при увеличении параметра неравновесности, понижающего размерность автоколебательной системы, отличающийся от традиционного сценария Рюэля-Такенса. Впервые исследован сценарий возникновения хаоса в одномодовых частотно-стабилизированных лазерах с запаздывающей обратной связью в зависимости от вида дисперсионной энергетической характеристики.

Предложен и запатентован метод оптической когерентной томографии на основе управления уровнем девиации частоты генерации зондирующего лазера и анализа динамической спекл-корреляционной структуры рассеянного оптического поля.

Предложен и запатентован способ определения дисперсии много и маломодовых световодов с помощью полупроводниковых лазеров с управляемой когерентностью.

Предложен и запатентован способ подавления лазерных спеклов на основе управления их динамикой.

Научно-практическая значимость работы

Исследование механизмов разрушения режима активной синхронизации мод твердотельных лазеров позволяет выработать требования к стабильности длины резонатора и частоты модулятора межмодовых потерь для получения регулярной последовательности лазерных импульсов.

Получение режимов с минимальной длительностью оптических импульсов в пичковом режиме в лазере с активной синхронизацией мод. Использование стохастического резонанса для получения максимальной ширины зоны синхронизации и минимальной длительности лазерных импульсов.

3. Предложен и запатентован оптический когерентный томограф, основанный на поперечной динамике спеклов, чувствительный к оптическим неоднородностям.

4. Предложен и запатентован способ и устройство для подавления спеклов в лазерных дисплеях.

5. Предложены спекл-корреляционные технологии определения параметров рассеяния частично-упорядоченных объемных сред, включая биоткани, а также межмодовой дисперсии оптических световодов длиной менее метра при изменении уровня девиации частоты лазера.

6. Предложен спекл-корреляционный способ определения информационного быстродействия коротких оптических световодов за счет управления длиной когерентности лазерных диодов.

Достоверность результатов

Достоверность результатов численного моделирования получила качественное подтверждение в эксперименте. Все оригинальные экспериментальные результаты воспроизводятся при повторении, обработка и анализ экспериментальных данных проводилась на основе апробированных методов, также проводилось сравнение с известными результатами других авторов.

На защиту выносятся следующие основные положения

1. В многомодовом твердотельном лазере с однородно-уширенной линией излучения в режиме активной синхронизации на межмодовой частоте существует оптимальный уровень спонтанного излучения, которому соответствует максимальная ширина зоны синхронизации и минимальная длительность лазерных импульсов. Сценарий разрушения режима активной синхронизации мод УАО:Ш лазера при модуляции потерь в резонаторе на межмодовой частоте (сотни МГц) при изменении частотной расстойки осуществляется через мягкое возбуждение регулярной амплитудной модуляции огибающей оптических импульсов на частоте релаксационных колебаний (десятки кГц); при увеличении частотной расстройки возникает регулярный пичковый режим, переходящий через механизм удвоения периода релаксационных колебаний в хаотический пичковый режим. В многочастотном инжекционном полупроводниковом квантово-размерном лазерном диоде с межмодовым расстояниям в сотни ГГц при возрастании управляющего параметра неравновесности (превышение усиления над потерями эг) понижается размерность автоколебательной системы глобально-связанных осцилляторов. При возбуждении четырех продольных мод реализуется режим динамического хаоса, который при дальнейшем увеличении эг приводит к устойчивому одночастотному режиму генерации, что отличается от традиционного сценария перехода к хаосу Рюэля-Такенса.

В частотно-стабилизированных лазерах с нелинейной дисперсионной зависимостью интенсивности от частоты генерации переход к режиму динамического хаоса осуществляется через последовательность удвоения периода колебаний лазерной мощности, определяемой эффективным временем запаздывания.

Экспериментально обнаруженный оптический интерференционный эффект поперечной динамики спеклов, возникающий при зондировании оптических волноведущих структур (оптическое волокно), а также частично-упорядоченных рассеивающих объемных сред, реализуется при условии, если время когерентности или обратная величина девиации частоты перестраиваемого зондирующего лазерного излучения становятся соизмеримыми с временем задержки волноводных мод в оптическом волокне или со средним временем фазовой задержки рассеянных волн в объемной среде.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских конференциях:

1. Synchronization of Chaotic and Stochastic Oscillations - 2002, Application in Physics, Chemistry, Biology and Medicine, Saratov, Russia, September 22-28,2002

2. Нелинейные Дни для Молодых в Саратове - 2002, Саратов, Россия, 30 сентября-5 октября 2002

3. Всероссийском конкурсе инновационных проектов «Живые Системы», ВятГу, Киров, Россия, 24-26 ноября 2005

4. Всероссийской школе-конференции конкурса инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетным направлениям развития науки и техники, МГУ, Москва, 2005

5. The Third International Conference on Laser Optics for Young Scientist -2006, St. Petersburg, Russia, 26-30 June,2006

6. X International School for Young Scientist and Students on optics, Laser Physics and Biophysics Saratov Fall Meeting 2006, Saratov, Russia, 26-29 September 2006

7. Нелинейные Дни для Молодых в Саратове - 2006, Саратов, Россия, 2528 октября, 1-2 ноября 2006

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ: 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК; 9 статей в трудах международных и всероссийских конференций и три патента РФ на изобретение.

Личный вклад автора

Личный вклад автора состоит в проведении численного моделирования сложной динамики твердотельных и частотно-стабилизированных лазеров; обработке и интерпретации результатов; разработке и проведении экспериментов по управлению спектральными и когерентными свойствами излучения полупроводниковых лазеров; апробации спекл-корреляционных оптических методов диагностики объемных рассеивающих и волноведущих структур. Постановка исследовательских задач по численному моделированию динамики лазеров и обсуждение результатов осуществлялось профессором, д.ф.-м.н. Мельниковым Л.А. Проведение экспериментов осуществлялось совместно с доцентом, к.ф.-м.н. Акчуриным Г.Г.

Работа выполнена в лабораториях кафедр «Лазерной и компьютерной физики» и «Оптики и Биомедицинской физики» СГУ

Гранты

Данные исследования поддерживались грантами РФФИ «Ведущие научные школы» № 96-15-96389; Президента России № 25.2003.2 «Ведущие научные школы », U.S. Civilian Research & Development Foundation for the Independent States of the Former Soviet Union REC-006 и целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008) РПН.2.1.1.4473 и CRDF RUXO-OO6-SR-O6/BPIMO6.

Структура и Объем работы

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 128 страниц текста, иллюстрированного 45 рисунками.

Заключение диссертации по теме "Лазерная физика"

Основные результаты проведенных исследований могут быть сформулированы следующим образом:

1. Обнаруженные в численном эксперименте основные механизмы разрушения режима вынужденной синхронизации мод и механизмы возникновения динамического хаоса в твердотельном лазере при изменении частотной расстройки для различных уровней модуляции потерь в резонаторе получили свое качественное подтверждение для УАС:Ыс1 лазера, генерирующего пикосекундные лазерные импульсы с максимальной средней выходной мощностью ~ 2 Вт на длине волны А==1.06 мкм.

2. Исследования зависимости ширины зоны синхронизации от уровня глубины модуляции потерь при различном значении спонтанного шума впервые показали, что существует его оптимальное значение, при котором ширина зоны синхронизации максимальна. Для многомодовых твердотельных лазеров с однородно-уширенной линией излучения в режиме активной синхронизации на межмодовой частоте впервые установлено, что ширина зоны синхронизации нелинейно зависит от уровня спонтанного излучения (уровня цветного стохастического шума). При этом при максимальной ширине зоны синхронизации наблюдается минимальная длительность лазерных импульсов, что можно трактовать, как проявление стохастического резонанса в многочастотных автоколебательных системах с более чем тремя степенями свободы при синхронизации на комбинационных частотах.

3. Исследованы сценарии перехода от стационарного состояния в режим генерации нерегулярных пульсаций выходной оптической мощности, которые могут возникать в одномодовом лазере с активной системой стабилизации частоты. В зависимости от таких управляющих параметров, как коэффициент усиления обратной связи, превышение лазерного усиления над потерями, отношение однородной ширины линии к доплеровской, исследованы особенности перехода в режим динамического хаоса. Показана возможность возникновения хаотических режимов в лазерах с нелинейно-поглощающей ячейкой, на основе которых реализуются международные эталоны длины.

При увеличении параметра неравновесности (превышения усиления над потерями), который управляется изменением тока инжекции при постоянном уровне потерь в резонаторе, в инжекционном лазерном диоде обнаружен аномальный сценарий перехода к хаосу. Вблизи порога генерации при слабой нелинейной связи реализуется устойчивый многомодовый режим генерации. С ростом тока инжекции, вследствие конкуренции мод, происходит частичное подавление слабых лазерных мод. При определенном уровне превышения усиления над потерями реализуется режим жесткого возбуждения четырех мод, характеризующийся возникновением динамического хаоса, который проявлялся в нерегулярных амплитудных пульсациях мод, уширении оптического спектра, потери когерентности, диагностируемой по резкому уменьшению видности интерференционных полос и их хаотических фазовых сдвигов. Полученные результаты, на наш взгляд, важны не только для нелинейной динамики, но имеют прикладное значения, так как полупроводниковые лазеры в настоящее время используются в информационных технологиях, а знание сложных нелинейно-динамических режимов в распределенной автоколебательной системе позволит разработать технологии для получения малошумящей генерации.

5. Апробация спекл-фотохромного метода определения эффективных фазовых задержек или структурной дисперсии, связанной с кратностью рассеяния в стационарных случайных или частично-организованных оптически неоднородных объемных средах при лазерном зондировании излучением лазеров с перестраиваемой частотой и детектировании соответствующих двумерных спекл-паттернов показало его конкурентные возможности по сравнению с традиционными нестационарными лазерными методами диагностики. Диапазон перестройки частоты в десятки ГГц позволил определить дисперсию типичных многомодовых оптических волокон (0=50мкм, ЫА=0.2) длиной менее метра и маломодовых волокон (Э=9мкм, ЫА=0.17) с характерной полосой пропускания порядка 3 ГГц/км, длиной менее 20 метров. Проведенные эксперименты с перестраиваемыми лазерами, при их выходной мощности порядка милливатта, показали возможность использования спекл-динамического эффекта для определения фазовых задержек в многократно-рассеивающих средах толщиной до 2-х см, что может быть положено в основу информационного сигнала для создания когерентного оптического спекл-томографа.

6. В настоящее время выпускаются одночастотные полупроводниковые лазеры с диапазоном перестройки частоты излучения в десятки гигагерц и выходной мощностью более 30 мВт, например, фирмой "Торйсз'ХГермания), что может значительно увеличить толщину зондирования. Предложенный оптический спекл-корреляционный метод потенциально обладает большим динамическим диапазоном определения параметров рассеяния от малократных до многократных, особенно при использовании перестраиваемых лазеров с терагерцовым диапазоном, например, лазеров на красителях или параметрических генераторов света. Кроме того, эффект динамической пространственной перестройки спеклов может быть положен в основу технологии подавления когерентных явлений в отраженном пучке, возникающем при его рассеянии в экране, в разрабатываемых сейчас лазерных цветных телевизорах и лазерных мультимедийных проекторах, если время перестройки спекл-структур будет быстрее постоянной времени глаза человека. По результатам данной работы было получено три патента РФ на изобретение: подавление лазерных спеклов, спекл-корреляционный метод определения дисперсии в оптических волноведущих системах и временных пико- и фемтосекундных задержек, а также оптических неоднородностей в сильно-рассеивающих средах при девиации частоты соизмеримой с обратной величиной средней величины временных задержек волноводных мод и парциальных рассеянных волн в оптически неоднородных средах.

Заключение

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Акчурин, Александр Гарифович, Саратов

1. Fercher A.F. Optical coherence tomography // J. Biomed. Opt., 1996, vol. 1, p. 157-173.

2. Optical Biomedical Diagnostics. Handbook ed. Tuchin. V.V., SPIE Press monograghy, V PM 107,2003.

3. Херман Й., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов. М.: Мир, 1986.

4. Голяев Ю.Д., Лантратов C.B. // Квантовая электроника, 1983, т. 10, №5, с. 925-931.

5. Хакен Г. Лазерная светодинамика. М: Мир, 1988.

6. Анищенко B.C., Астахов В.В., Вадивасова Т.Е., Нейман А.Б., Стрелкова Г.И., Шиманский-Гайер Л. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003.

7. Ораевский А.Н. Динамика одномодовых лазеров и динамический хаос // Изв.Вузов. Прикладная нелинейная динамика, 1996, т. 4, №1.

8. Mork J., Tromborg В., Christiansen P. Bistability and low-frequency fluctuations in semiconductor laser with optical feedback // IEEE J. Quantum Electronics. 1988, vol.24, № 2, p. 123-130.

9. Рюэль. Д., Такенс Ф. Странные аттракторы. М: Мир, 1982.

10. Кузнецов С.П. Динамический хаос. М.: Физматлит, 2001.

11. Крюков П.Г. // Квантовая электроника, 2001, т.31, № 2, с. 95-109.

12. Андриамандзату Н., Капцов Л.Н. // Квантовая электроника, 1990, т. 17, № 6, с. 728-732.

13. Малахов А.Н. Флуктуации в автоколебательных системах. М: Наука, 1968.

14. Ланда П.С. Автоколебания в системах с конечным числом степеней свободы. М.: Наука, 1980.-12215. Анищенко B.C., Вадивасова Т.Е., Астахов В.В. Нелинейная динамика хаотических и стохастических систем. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1999.

15. Анищенко B.C., Нейман А.Б., Мосс Ф., Шиманский-Гайер JI. // УФН, 1999, т. 169, № 1, с. 7-39.

16. Фадеев Д.К., Фадеева В.Н. Вычислительные методы линейной алгебры. М: Физматгиз, 1963.

17. Малафеев В.М., Полякова М.С., Романовский Ю.М. О процессе синхронизации в цепочке автогенераторов, связанных через проводимость // Изв. Вузов Радиофизика, 1970, т. 13, в. 6, с. 936.

18. К.А. Gorshkov, L.A. Ostrovsky // Physica D, 1981, vol.3, p. 428.

19. Zürcher U., Doering Ch.// Phys. Rev. E., 1993, E47, p. 3862.

20. Van den Broeck CM Phys. Rev. E., 1993, E47, p. 3862.

21. Rozenfeld R., Neiman A., Schimansky-Geier L.// Phys. Rev., 2000, E62, p. 3031.

22. Neiman A.,. Schimansky-Geier L, Moss F., Shulgin B.,. Collins J // Phys. Rev. E.,1999, E60, p. 284.

23. Freund J., Neiman A., Schimansky-Geier L.// Europhys. Lett. 2000, vol. 50, p. 8.

24. Landau L.D., Lisfshitz E.M. Theoretische Mechanik Lehrbuch zur Theoretischen Physik, Bd. I. Akademie-Verlag, Berlin, 1984.

25. Milstein G.N., Tretyakov M.V. // Physica D, 2000, vol. 140, p. 224.

26. Lamb W.E. // Phys.Rev. A., 1964, v.134, p. 1429-1450.

27. Акчурин А.Г. Эволюция формирования лазерного импульса в режиме активной синхронизации мод и механизмы его разрушения // Нелинейные дни для молодых в Саратове, Россия, 2002, с. 34-37.

28. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. М.: Мир, 1991.

29. Акчурин А.Г., Акчурин Г.Г., Мельников JI.A. Процесс разрушения режима вынужденной синхронизации мод в твердотельном лазере ианомальное влияние уровня спонтанного шума на ширину зоны синхронизации // Письма ЖТФ, 2006, том 32, вып. 13, с. 80-87.

30. Akchurin A.G., Akchurin G.G, МеГшкоу L.A. Anomalous action of spontaneous emission on the bandwidth of synchronization YAG:Nd actively mode-locked laser // SYNCHRO, Saratov, Russia, 2002, p. 14.

31. Андронов A.A., Витт A.A., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М: Физматгиз, 1959.

32. Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. М: Наука, 1984.

33. Рюэль Д., Такенс Ф. О природе турбулентности. Странные аттракторы. М: Мир, 1981.

34. Лоренц Э. Детерминированное непериодическое течение. Странные аттракторы. М.: Мир, 1981.

35. Грасюк А.Э., Ораевский А.Н. Переходные процессы молекулярном генераторе // РЭ, 1964, т. 9, № 3, с. 524.

36. Grasiuk A.Z., Oraevsky A.N. Transient processes in a beam maser // Proc. Of the 4-th International Congress on Microwave Tubes. September, 1962. Sheveningen, Holland, p. 446.

37. Haken H. Analogy between higher instabilities in fluids and lasers // Phys Lett. A., 1975, vol. 53, № l,p. 77.

38. Ораевский А.Н. Молекулярные генераторы. М.: Наука, 1984.

39. Файн В.М. Об уравнениях колебаний молекулярного генератора // ЖЭТФ, 1957, т. 3, с. 945.

40. Ораевский А.Н. К теории молекулярного генератора // РЭ, 1959, т. 4, №4, с. 718.

41. Шильников Л.П. Теория бифуркаций и модель Лоренца. В кн. Дж.Марсден, М.Мак-Кракен. Бифуркация рождения цикла и ее приложения. М., Мир, 1980.

42. Kaplan J.L., Yorke J. A. The onset of chaos in a fluid flow model of Lorenz. // Ann. N.Y. Acad. Sci., 1979, vol.316, p. 400.

43. Lang R., Kobayashi K. // IEEE J.Quantum Electronics, 1980, QE-16, p. 347.

44. Mork J.,et al. // IEEE J.Quantum Electronics, 1992, QE -28, p. 93.

45. Goedgebuer J.P. et al. // IEEE J. Quantum Electronics, 1998, QE-34, p. 594.

46. Акопов A.A., Вадивасова Т.Е., Астахов В.В.и др. // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика, 2003, т.11, № 4-5, с.66-73.

47. Ruelle D., Takens F.On the nature of turbulence // Comm. Math. Phys., 1971, vol.20, p. 167-192.

48. Newhouse S.E., Ruelle D., Takens F. Occurrence of strange axiom A attractors near quasi-periodic flows on Tm (m = 3 or more) // Commun. Math. Phys., 1978, vol. 64, p. 35-40.

49. Tavakol R.K., Tworkowski A.S. On the occurrence of quasiperiodic motion on three tori // Phys.Lett. A., 1984, vol.100, № 2, p. 65-67.

50. Tavakol R.K., Tworkowski A.S. An example of quasiperiodic motion on T4 // Phys.Lett. A., 1984, vol. 100, № 6, p. 273-276.

51. Grebogi C., Ott E., Pelikan S., Yorke J. A. Strange attractors that are not chaotic // Physica D., 1984, vol 13., p. 261-268.

52. Grebogi C., Ott E., Yorke J. A. Attractors on an N-torus. Quasiperiodicity versus chaos // Physica D., 1985, vol. 15, p. 354-373.

53. Baesens C., Guckenheimer J., Kim S., MacKay R. S. Three coupled oscillators: mode-locking, global bifurcations and toroidal chaos // Physica D., 1991, vol.49, p. 387-475.

54. Акчурин Г.Г., Кристаллов A.P., Мельников Jl.A. и др. // Обзоры по электронной технике. Серия 11. Лазерная техника и оптоэлектроника, 1981, вып.4, с. 850.

55. Акчурин Г.Г. 10 Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике. Москва, 1985, с.32.

56. Акчурин Г.Г., Акчурин А.Г. Аномальный сценарий возникновения динамического хаоса в многомодовых лазерных диодах // Письма ЖТФ, 2005, т.31, № 10, 76-82.

57. Pomeau Y., Manneville P. Intermittent transition to turbulence in dissipative dynamical systems // Commun. Math. Phys, 1980, № 74, p. 189.

58. Летохов B.C., Чеботаев В.П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. М.: Наука. 1975; Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения. М.: Наука. 1989.

59. Ораевский А.Н. Мазеры, лазеры и странные аттракторы // Квантовая электроника, 1981, т.8, № 1, с. 130.

60. Самсон A.M., Котомцева Л.А., Лойко Н.А., Григорьева Е.В. Регулярная и хаотическая динамика лазеров// Изв. АНСССР. Сер. Физическая, 1987, т. 53, №6, с. 1076.

61. Gioggia R.S., Abraham N.B. Routs to chaotic output from a single- mode dc-excited laser// Phys.Rev.Lett., 1983, vol. 51, № 8, p. 650.

62. Abraham N.B., Dangoisse D., Glorieux P., Mandel P. Observation of undamped pulsation in a low-pressure far-infrared laser and comparision with a simple theoretical model // JOSA-B, 1985, vol. 2, p. 23.

63. Arimondo E., Casagrande F., Lugiato L.A., Glorieux P. // Appl. Prys. В., 1983, vol. 30, №2, p. 57.

64. Самсон A.M., Котомцева Л.А., Григорьева Е.В. Динамический хаос в лазере с просветляющим фильтром и его размерность. // Квантовая электроника, 1989, т. 16, №2, с. 222.

65. Tatarkova S.A., Tuchin V.V. Multistability and chaos in laser with saturable absorber // Laser Physics, 1992, vol. 2, № 4, p. 482.

66. Arecchi F.T., Meucci R., Puccioni G.P., Tredicce J.R. Experimental Evidence of Subharmonic Bifurcations, Multistability, and Turbulence in a Q- Switched Gas Laser// Phys. Rev.Lett., 1982, vol. 49, № 17, p. 1217.

67. Акчурин Г.Г. Экспериментальное исследование перехода в хаос в С02-лазере при модуляции добротности и в He-Ne (0.63,1.15,3.39 мкм) вавтономном режиме // Тезисы докладов 10 Всесоюзной конференции по нелинейной и когерентной оптике, Москва, 1985, с. 304.

68. Гиббс X. Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света. М.: Мир, 1988.

69. Розанов Н.Н. Оптическая бистабильность и гистерезис в распределенных системах. М.: Наука, 1997.

70. Ikeda К., Dsibo Н. Optical Turbulence: Chaotic Behavior of Transmitted Light from a Ring Cavity // Phys. Rev. Lett., 1980, vol.45, p.709.

71. Gibbs H.M., Hopf F.A., Kaplan D.L., Shoemaker R.L.Observation of chaos in optical bistability // Phys. Rev. Lett., 1981, vol. 46, p. 474.

72. Самсон A.M., Котомцева JI.А., Лойко H.A. Автоколебания в лазерах. Минск, 1990.

73. Lang R., Kabayshi К. External optical feedback effects on semicunductor injection laser propertier// IEEE J. Quantum Electronics, 1980, vol. 16, p. 347.

74. Mork J., Tromborg В., Christiansen P. Bistability and low-frequency fluctuations in semiconductor laser with optical feedback// IEEE J.Quantum Electronics, 1988, vol. 24 , №2, p. 123.

75. Акчурин Г.Г., Мельников Л.А. Лазерный генератор шума. А.С. №1441215,1988.

76. Arecchi F.T.,Gadomski W.,Meucci R. Generation of chaotic dynamics by feedback on a laser // Phys. Rev. A., 1986, vol. 34, № 2, p. 1617.

77. Фейгенбаум M. Универсальность в поведении нелинейных систем // УФН, 1983, т. 141, №2, с. 343.

78. Акчурин Г.Г., Акчурин А.Г. Фотохромная когерентная спекл-диагностика объемных рассеивающих сред и оптических световодов лазерами с перестраиваемой частотой // Письма в ЖТФ, 2004, т. 30, № 24. с. 56-62.

79. Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Гладкова Н.Д. и др. // Письма в ЖЭТФ, 1995, т. 61, с. 149.

80. Bathija R., Zangwill L., Berry C.C. et al. // J. Glaucoma, 1998, vol. 7, p. 121.

81. Patterson M.S., Chance В., Wilson B.C. // Appl.Opt., 1989, vol. 28, p. 2331.

82. Мидвинтер Дж. Э. Волоконные световоды для передачи информации. М: Радио и связь, 1983.

83. Акчурин Г.Г., Зимняков Д.А., Тучин В.В. // Биомедицинская радиоэлектроника, 2000, № 1, с. 46.

84. Кузмин В.Л., Романов В.П.// Опт.и спектр, 2000, т. 89, №3, с. 467.

85. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981.

86. Мазуренко Ю.Т. // Опт. и Спектр, 1994, т. 76, №5, с. 810.

87. Zimnyakov D.A. // Waves in Random Media, 2000, vol. 10, p. 417.

88. Oh Jung-Taek, Zimnyakov D.A., Akchurin G.G. // Proc. SPIE, 2002, vol. 4705, p. 137.

89. Зимняков Д.А., Янг-Те О., Синичкин Ю.П., Акчурин Г.Г., Трифонов В .А. // Опт. и спектр, 2004, т. 97, № 2, с. 288.

90. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. М.: Радио и связь, 1987.

91. Akchurin G.G, Melnikov L.A., Romanova Е.А. // Proc.SPIE, 1996, vol. 2693, p. 741.

92. Унгер Г.Г. Оптическая связь. М.:Связь,1979.

93. Eve M., Hill D., Malyon J. // 2 European Conference Optical Communication, 1976.

94. Дедловский M.M, Коршунов И.П., Матвеев Р.Ф., Тутубалин В.Н. Исследование межмодовой дисперсии в оптических волокнах методом корреляционного анализа поля излучения // Радиотехника и электроника, 1982, т. 27, № 2, с. 220-228.

95. Франсон X. Оптика спеклов. М.: Мир, 1980.

96. Клименко И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М.: Наука, 1985.-12898. Гудман Дж. Введение в Фурье оптику. М.: Мир, 1970.

97. Шамшинова A.M., Волков В.В. Функциональные методы исследования в офтальмологии. М.: Медицина, 1999.

98. Trisnadi J., Hadamard I. Speckle contrast reduction // Optics Letters., 2004, vol. 29, № l,p. 11-13.101. патент РФ №2030779, МПК G 03 H 1/32.

99. Trisnadi J.I. Speckle contrast reduction in laser projection displays // Proc. SPIE, 2002, vol. 4657, p. 131-137.

100. Мачехин В.А., Манаенкова Г.Е., Бондаренко О.А. Нормальные параметры диска зрительного нерва по данным лазерной ретинотомографии // сборник трудов конференции «Глаукома», Тамбов, 2005, с. 16-27

101. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С Введение в статистическую . радиофизику и оптику. М: Наука, 1981.

102. Акчурин Г.Г., Акчурин А.Г. Когерентная поперечная динамика спеклов при зондировании стационарных объемных рассеивающих сред лазером с девиацией частоты // Опт и спектр, 2005, том 98, вып. 2, с. 300-308.

103. Akchurin G.G., Melnikov L.A. The investigation of YAG:Nd laser with low-level mode-locking Signal.// Proc. SPIE, 1993, vol. 2099, p. 70-81.