Резонансные явления в газовых лазерах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Но оа

НАЦЮНАЛЬИА АКАДЕМШ НАУК УКРАМИ 1НСТИТУТ Ф13ИКИ

На правах руконису УДК 021.373; 621.378

ЯЦЕНКО Леошд Петрович ЕЗСШАНСШ ЯВШДА В ГАЗОВИХ ЛАЗЕРАХ

01.04.21. - лазерна фЬика

АВТОРЕФЕРАТ дигертацп иа адобуття вченого стуиеня доктора фтнко-математичних наук

Ки*1и 1995

Дисерташею € рукоиис.

I обота виконта, в 1нститут1 фюики НацюнальноУ академГУ нау УкраУни.

Офнуйш опоненти: доктор фюико-математичних наук, акаделш РАН

БАГАСВ Сергш Миколамошч; ■ доктор ф^аико-математичних наук, професор

ХИЖНЯК Анатолш Ьановип; . доктор ф1эико-математичнцх паук', професор

ФЕКЕШГА31 Ьатван Вкцеевич.

Провщна оргашзацк: ДКБ "Арсенал", м. Кши.

Захмст вщбудеться " £k> р. о IL год. н

аасщанш спещашзованоУ вченоУ ради Д 01.96.01 при Ihcti тут1 ф1аикн HAH УкраУни оа адресою: 252650, MC1I, Кшв-21 проспект Науки, 46, Спед1ал1аована Рада при 1Ф HAH УкраУш

3 дисерташею можна ознайомитнсь и OiGnioTeiii 1нстнтут ф]оикл HAH УкраУни.

Автореферат розклаыо "iS." р.

Биении секретар спещал)зованоУ ВченоУ Ради кандидат фю.-мат. наук ¡, ^ В.А.Ьдук

ЗАГАЛЬИА ХЛРАКТЕРИСТИКА-РОБОТИ-------------

А к т у альшст ь теми. Бшьше тридцати рок'ш тому внаслщок завитку квантовоУ радаофюики та. электрошки створено пер-i лааери — джгрела потужного когерентного свшювого ви-ромшювання. Завдяки у/икальним характеристикам лаоерно-) винромшювання, таким, як м о г! о х р г > м а т и ч и i с т ь, мала роа-жшсть, вели к i потужшгть та штенсившсть, широкий дьчпа-)п довжин хвиль тищо, лааери топор викорнстовуються як у эадидшних галуаях науки та трхшкя, так i в таких галуоях, ше народження яких оавд&чуе почт rrancpin. Зокрема, ствошка иершого лазера стало «щправною точкою для раивитку )Boí г ал у ai фЬики — лааерпо! ф5аикн, яка тепер включае до :бе дослщження динамки лазеров ях складних автоколивэль-IX систем, розробку нових перспективних лааерних середовищ i нових принцишв створення naoepin, використання ф1аичних юцеав в лазерах а науковою та практичною метою. Останне цкрило прииципово hobí можливоси у спектроскопа надвисо->го роадшення, метролот, ripociconiV, прецкашшгх ф1зичних гм1рюваинях.

Найбшьш вражаючих усшхдв у цьому иапрям) досягнуто ш використанш реаонапсиях явшц э лазерах, що являють cono реоонансну омшу характеристик лаоерпого внпромшюваи-t при ашш його частота у вуоынй частотшй дшзяад коблиоу ттральноТ частоти л'иш шдснпення або júbíí погяинання вну-ишньореооиаторного гаоу. Це зппще шпрот вяяористовуеть-для створення лаоерних стандарт!» пастотн, а спектроскопй' .двисокого роздкеяня та прецношних фдавчних експерииен-

•X.

На сьогодш рсзвптох лазерпих стандарт^ частота сти-'люеться потребами метрологи, де Тх Еакорястаяяз вщ&рив&е >жпи&ост1 аабсопечения метролопчаима оасоблмн эталонно? 4hoctí частотного /йапаооиу аж до 10 ТГц. Це дае оыогу ачно тдвшцнтп точшсть эталону частота, а5двривае персггек-ви оростаняя точйост! nmdmmmh фущщтттьпш фкшч-х констант.

У спейтросюш? досзщ^еняя резоааяеншг тящ в лазерах цвели до вивикненяя нового иапрямку — кел1шГшоТ nancpnoí эктроскош! надвлсокого роод1я«1!йй, що груатугться на вико-станш вуоьких нелшшнпх реаоиаяаз, asi дают». омогу о висо ю точшстю вивчатн спектрн атом1в i моягауя, досл!джуваги omhí i молекулярш о'|тзнення, мехатшщ рел&кса'<!| тощо.

Реаонансшш вщгук лааера на аовшшш /у и пил та висок чутяивкть деяких тишв нелшшних резонансе до омш иа раметр1в лааера використовуються для постановки нрецизп! них фшичних екснеримент^в, роаробки иових методов точни: вим1рк>вань фюнчнлх величин.

Таким чином, зааначеш можлшюст! широкого аастосуван ня резонансных явнщ в лазерах для наукового та нрактичноп використаннв вианачають актуальность вибрано1 теми доаид жень.

Мета робот:

— доапдження ваасмоди иростороао неоднорщнцх лазерцш нощь а гадами ниаького тиску 1 роавнток теорп гааових лаоерн а виутршньореаонаторшш нелшшним логлинанням;

— дослщження на цш основ! форми,нелшшних резонанси у вщомнх методах внутршньорезонаторно! лазерно! сиектро скопи, пошук та роаробка иових ефективних метод1в видшенш нелшшних резонансш 1 дооиджения 1х характеристик;

— використаиня одерааиих результатов для спектроскопы надвнсокого роадшения, стабшшацП частот лазерного ви-нромпшвання, створеиня лазерных стандартов частого '1 для лрециашних фЬичних екснеримеиив.

Иаукова новизна дмссртацшао! робота иолягае в тому, щс теор!я надву зьких онгнчннх реаоиансш, яка розроблена в робот!, грунтуеться на урахуиаши реально? просторово! структур» лазерного иона, числепннх тонких фкшчних ефек-пв, таких як квадратичный ефект Доиаера, ефект а1;1да*и, а'ггкнения 81 ашною шиидкосп, иольоье роашнрения тщи. Це дае амо-гу оиишваты граничш характеристики ремонаисш у реалышх екснерименгалышх схемах та ирононуватп но»1 ефективш схе-ми ресстраци таких реиоцаисш: Ль наоидок виконання робоги одержано нову фЬшчиу шформащю про мех ¿«и ¡а ми формувашш реаонанст, аанроноиоваио | реалкнцши«» иоы ексиернментальнг сх.емн вн( оми'табЬи.|||<х иа часто »ом» лазеров та лазерных слея-грошгтрш. ,

Шд час вньоланНй длсертаншжы роботи одержано таю но») реау/Р.^агц:

1. 1'ааробшшо н-иу'т иаасмодн иростороьо неоднирщиих иустргмих лазерных хвнль о молекулярным гааом ниаького

tcsy, що грунтуемся на квантуваиш поступал?,ного руху моде-я i дпг. омогу~онисати стльну /ия> проштннх ефек'пв, нружних гкпень til ом'шою швидкосп, ефеггу шддачц лоиьового рооши-киа, релАтив1стг,ького ефехту Доплера та повншппх иол'т на >рму регюнанс'т наснченого поглннания i наснчеирУ дислерш.

2. Розвинуто Teopiio резонанших яптц в гааових лаоерах, а ошгсуе обумовлении просторпгюю иодшорщшстю лаоерно-поля i внутрИиньореоонаторних ссредопмщ вплив ефекту на-

чення дисперси на В1шдну потужшсть та ефекту паеичен-поглинаи:гз на Частоту виггрсь:шзо»аайя яаоера. Покааа-, що «умовлсш цим вшшпом аснметрзя та частот!» эсуви шншних резонанс'т îctotho оалежать вщ сшввщношення мш норщною шириною лшп поглинаннл та оберненим середшм сом пролгтания молекул через промшь.

3. Показано, що пружш »¡тхнения, як» суяроводжуються ¡ною швидкост!, приводить до асгшетри peooHaucin насиче-го поглинання в He-Ne/Iî лазерах (Л = 633 нм), вклад skoï в шчину модуляцшннх осу Bit) частотя шшрошяюванкя стабип-~.гигнх JiaoçpiB може ьяачло переващуватя вклад аснметрп, що усилена дшооподдбшшн иласппкктамн поглннаюпого гаоу.

i. Експеримеитальяо показано, що вихористання складного юн.пор а типу Мапкельсоиа практично усувас аплнв ефект'ш ирного насичення в Hc-Ne/Ь ладерах (А = 612 ям) i дас змо-догягти довгочасио'Г стабшмюстИ' частот« шшромшювания > ■ Ю-13 (г = 100 с) при зштпорюаяпост« 5 • 10"1*. Г>. Теоретично i ехспернмеитаяьно яожазако, що внаопдок okoï чутласост! до частотно! иеззасмиосп резон ато-фазов! реаонанси н'дснягзпя с ефентиаиимн реперами ». розробки джерея стаб!яыюго »а частотою лазерного фомшювання а спектром i для беопорогових

.прювань кутово! швидкость У внпадву нероадшеноТ надтон-структури лщи поглинання, що характерно для He-Ne/CH4 sepia (Л = 3,39 мкм), визначальйу роль у формуванш фаяових юианав поглинання вццграе насичення дисперси, :цо оумо-:>е висоЁу чутливкть частоти внпромнновання стабшоопа-с naoepiB до омш тиску шдсилюючого середовшца i обмежуе ТУ гворювашсть на p'miii ~ Ю-'2. У виладку роздшежл надтон-структури, що характерно для He-Ne/Ij aaoepie (А = 633 им), овний вклад в утворення реоонанав вносить насичення сто-нання, а насичення дисперси оумовлюе асиметрш реоонанав

i, як наайдок, модуляцшшш зсув частот« стабшзованих лг зер1в.

6. Biiepuie аапропоновано, обгрунтовано i реализовано mí год лозарезонаторноУ частотно-модуляцшноУ спектроскоп трьохр1вневого газу у нол» бкучоУ хвша, роздшьна здаа шсть якого пе обмежена иролшшмы ефектами i техшчшш флюктуац^ями частота лазерного вннроышювання. 3 вике ристаниям поглинаючого середоваща з коефийентом поглинаи ня 3-1О-4 см-1 та а довжиною 15 см досагнуто роздшьлоУ зда1 hoctí r ~ 3 • 109.

7. Вдерше аапролоноваыо, обгрунтовано i реалкювано ые тод вчутршиьорезонатормоУ частотно-модулацИншУ саектрс ckohí'í, який д&е «могу рееструватн як резонажи иасичеиоп ноглинання, так i резонанси насиченоУ дцсперсм. Высока чутли BÏCTb методу, яка обмежуеься 'пльки фотошшм шумом, можли BicTb плавного регулюваниа стуиеня насачення лиглннання i, s: насл'|док, усунення иольоього розашреаии дало и могу досягти ; лазерному спектрометр) на основ» Не-Ne/(Щ4 лазера роздшько одатност! R 5 • Ю10.

8. Встановлено, що найбЬьш ефектшшнми частотннмл ре перами дла стабшзацп частоты е частотно-модулациии резо нансн насиченоУ дисперсп при nacïoii модуляцп, що близьк. до однор1диоУ ширины aiuiï ноглашшня, инкорастаиня яках да ло змогу досягти стаб'шьност» частота нинрошнюваная 810~1' при час» усередаеиня 10 г. дня лшшного lie Ne/СП^ лазе ра i 7-1U-1"1 ари чаи усередцеина 10 с для кшьцевого лазе ра. Ира цьому характера»»»! для кшьиииах лазерт валав зм» таску шдсалюючого середоанша на шдтворювашеть частой вннромншиааня практично усувасться ui ибережениям jiomítho го позитивного вкладу ефектж конкуреидп оустр»чннх хвиль i абшьшииия крутизна резоианст.

Практична иначимиль робота:

1. На ochobí доппджень резонансних авнщ в одномодовш animaux лазерах розроблено Не Ne/l^ лазер (Л = 612 ни) о стабш.ыктю час roía шшромшюв&иня 1,2- 1Ü"1'1 ири 4aci усе-релнення 100 с i шдтиорюьанос'п шд включения до включение 5 ИГ»2.

2. На ochobí дослщ/кень резонансних ушиц в кшьцевих лазерах розроблено шльцеинн lie-Ne лааер (Л = (¡33 им) ai стабшь-

ою (Ди;/и; ~ 210~11 нр^г = 1-10 с) частотою випромшюван-я, що перестроюёться у д!апазош 200 МГц, 5 з шириною лшм кГц. Обгрунтовано можлившть внкористання фазових резо-анав в кшьцевих лазерах для створення беэпороговнх лаоер-«х проскошв.

3. Разроблено юяьцевий Не-Не/Ь лазер (Л = 633 им) з1 ста-льшстю ~ 2 • 10~12, (г = 100 с) та вщтворювашстю вщ вклю-зння до включения ~ 10"11.

4. На основ! розробленого методу тгутр1шльорезонаторно1 лстотно-модулятпйноУ спектроскопа створено високочутливий алогабаритний Не-Ие/СЩ спектрометр (А = 3,39 мкм), що ибезпечуе спектральне роздолешшя Я ~ 5 • Ю10.

5. На основ! дослщжень частотно-модуляцшних резонанав лшпших 1 кшьцевих лазерах розроблено малогабаритш Не-е/СЩ лаоери (А = 3,39 мкм), о! стабшьшстю вщповщно • 10~15 I 7 • Ю-15 (г = 100 с) при вщтворюваносп вщ вклю-;ння до включения Ю-13.

На захист подаються

1. Теор1я взаемоди просторово неодпорвднгос зустргших шль о молекулярним газом низького тиску, яка грунтуеться I квантувашп поступального руху. молекул.

2. Теор!я резонаисиих явищ в газових лазерах о урахуван-гм просторовоТ неоднор1ДИост1 лазерного поля 1 внутршшьо-«зонаторних шдсшиогочого та поглииаючого середовищ.

3. Результатн дослЗдження асиметри, частотних 0сув1в та »льового розширення резонанс!в наснченого поглинання в [пйних Не-Ке/12 лазерах видимого даапазону та розробка на основ! лаоер!в 31 стабшьшстю частота 1,2-10~13 при чаа усе-днення 100 с 1 вщтворюваност! вщ включения до включения

10"12.

4. Результати дослщженяя фо'рми \ частотних зсув)в фазо-х резонанс!в пщсилення ! поглннання з кшьцевих гаоових ларах, виявлення ефекту аномально внсокоУ чутливост1 фааових зонапав до частотно!' левзаемност! резонатора 1 розробка на го основ! джерел стаб!льного за частотою випрошнювання димого диапазону.

5. Обгрунтування та реашаащя нового методу реестрад спектралышх лшш — методу внутрниньорезонаторноГ часто! но-модуляцшио1 спектросконп цаснченого ноглннання 5 ласиче но*1 диснерсн 1 роаробка малогабаритного лазерного спектроме тра на основ1 Не-гёе/СЩ лааера (А = .4,39 мкм), що аабеапечу снектральне розд'шенння и сх 5 • Ю10.

6. Роаробка стабЬизоиаиих аа частотно-модуля цшними реаонансаыи лшшних та кчльиевлх 11е-1^е/С11.) лазера (А — 3,39 мкм) ш стабшыпстю вщношдно 8 • 10~15 га 7 • Ю-1 (г = 100 с) при В1дтворюваност1 вщ включения до нключенш ~ Ю"13.

]ндиьщуальний вклад автора.

1. Постановка аадач теоретичного га екснернментальноп досшдженни реаонаисннх явищ в гизоанх лазерах.

2. Внконаиня бшьшосп теоретачних дослщжень \ роарахун-к!в особисто.

3. Занрононуванш! щей екснерименталышх доинджень, роаробка нрннцшювнх схем експериментальннх установок та участь разим 31 сшвавтор&ми у иронодешп екснернментальних до-апджень.

1. 1н чернреташа од«ра»аицх теоретичиих га екснерцмен-тальних результат»! та участь у Ух *<б1 оноренш.

6. 1) аниса имих текст иауконих ста»«и. особист! внстунн а науконнмн доношдкми на кинфириншях ! т.ииарах.

Аарооацц рибощ. Осииши ршукьчиш робот« доноыдались з ибгивирюиалть на I ?ЛЫ.иаридшг: «оифсрснцм "'Физика а УкраУш" (1993), на IX I X Нсесогиаиих шиференц'шх по когерентны 1 иелЫшш! «»11 нцз (Линии рад, 1978, Ки'ш, 1980), на VI Нашлонсьии шиферсмци но ие/шшшпг оппнд (11оноспб1р-ськ, 197и), на IV I V Все<иа*аиШ ¿оифериши! "Онтнка лазер!»" чашр.1Д, 1987), на гШжнароднш конферен-

"()нпш1 лаа«'рш' (("аиктЛсчероур!, ¡99а), на Нсосоюзних симиоапмах "Иоиышимме точное»» кн.нновых гтаидарчов стоти" (Москиа, 1980, 1987, 1990), на Нсесоюзнш ииуь'оно-тех-нглин ышф^ьчнш "Прикатит! иреми часто'] них сргдсчп а методой измерений в народном мкишстие" (Mort.ua, 1983), на I 1 11 И(ччоюзш» наукош» н;лшчны шиферешпУ "Метрологическое и««ч иеченне намерении часигщих и 1 ралышх харак-юрш чик излучении дакрон" (Хариц, 1982, 1990), науки ¡¡их

эмшарах Институту фЛпкки НЛП УкраУш',. Фюичиого шституту г. Н.¡{.Лебедева РАН, Гнституту тенлофюики Сибфського вщ-¡лепия РАН.

ПублдкащУ. Но т«м)' дппертздГУ актором опубликовано больше Э ;:оШт, включаючи монограф!». Осиовн! результата внкла-::>»о п роботах, список яких напедояо в мши реферату.

05 см та. структу ра дисерта-цп. Днсерташя складаеться ш :тупу, чотирьох глав. вчсио»»?пр, спасгу цнтоааыоУ «»тератури '¿11 напмгиузань. Обей г дисертапп 360 сторнюк, включаючи I рисунки.

ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦЙ

У встут обгрунтовапо аятуаяьшеть теми днсерташУ, оазна-!Но мету та завдання дослщжепь, коротко енкладегю зьнст диспаш'/ за главами, напедеио положения, що поданлъся на яа-£ст, обговорюеться наукова коакзиа та праятичпа эпачущкть

)боти.

Глава X. Насичеаял поглавшша » дпепереп

молекулярного гаоу няоьяого тисяу у noni просторооо аеодяорщанх оустр!чапк хэиль.

У nepinifi rnaai розвив&етьез xeopis но&шодм просторово не-дорщного мокохроиаткчного nasepsoro boss о яоглннаючпм зом низького тиску. 3 петою oiracy стлмго? ди пролтшх >ект1в, квантового «факту 1уддзч1, oiTgnoai» QI омшою швид-cii, польового розшнреннз, квадратичного сфехту Доплера та ieKTiB прискорення у оовшштх полях па форму реоонанав на-ченого поглинання i насинено! дисперси вягорнстано пщхщ, в ому рух центру мае молекуяи ойнсуеться Еваитовомехашчно. кий пщхщ е необхщним для omicy ефзкту ваддач1 i в той же с е зручним i послщовттим для omtcy ycix Ьшгах ефегпв, що з начет.

У параграф! 1.1 у дзоршневому наблнжешп отрнмаш р1внян-для елемент5в матриц! густини молекулярного гаоу нвоького

тнску у noni двох oycTpinnnx монохроматичннх гаусовнх цучт виходячи о р!вняння для матриц» густини р

^ = [я0,р] [tfm,p] - £ [dE(Rm,t)j]+LcP + Lrp, (1

де ff0 — гаышьтошан руху центру мае ыльно) молекулн, щ< включае в себе кшетичну енергда та енергш молекулн у ао вшшньому пол! (у iiojji тяжшня, у маишнешу noai тощо); Л,п —

гамшьтошан внутршнього руху; d — оператор дшюлыюго моменту молекулн; Rm — координата центру мае молекула; lcp i Lrp — члени, що оннсують вщповщно редаксацио io-aa иггкнень та ращащйну релакеащю.

Форма нелшиших резонаиав у спектросконп насиченого по-пшнання i насичеио! дисиерси визначастьек нелшшною ноляри-зуемштю середовцща «1,2(2):

= J dxdyP(Rj)ex»(-iut)£lii(R), (2)

де ряска позначае усереднення за часом, Р{ R, t) — полярнзащя молекулярного гаиу, що наведена монох решат и ни им лаоериим

нолем, частота и> якого блнаька до час тота u/o = (E^J - E^/Ti

переходу М1Ж р>виями 1 i 2 о енерпнмн анутртшього руху E^'J.

Поларнаащя середовихца у точщ R вммначаеться внразом

P(J?,i) = Sp (рЩИ- Я,,,))- (3)

Пвняння (1) мЬлнть практично yci «¡дом! чиниихл, що вшш-вають на форму реаонанеш насиченого поглннання i наснченоГ днеперел для монох роыатнчних но/ив: лольове та лролггне ро-аширенни, ефект шддач! i квадратичшш ефект Доплера, релак-сац'но ia-aa о'ггкнеиь та радшщшу релакеащю, ефект и нриско-рення у aoeuiiiiuix нолях (гравггацшному, магнитному тощо). Ирнродио, що в (шальному вниадку роав'яаати де р1вияния не-ыожлнво. Дал! у глав*1 роиглянуто инзку окремнх вннадк1в, що не 061 оворкжаинея ранние у nrrepaxypi, для нких характерна

)ажлив1 для практичного викорнстовування в спектросшпн ] » оптичних стандартах частот и нов] лкнш особливост! форми [елшшних рёзоианав.

0собливост1 роаширеиня резонапав насиченого поглинания насиченоУ дисиера] у пинадку вщсутногт) зовшшшх иол ¡в ро-»глянуто у параграф! 1.2. Якщо електричне та магштш ноля южна усунути практично повшстю, то грав1ташйне поле Зем-

у експернменталышх умовах завжди ¡снуе. Тому аналЬ, що [роведено у цьому параграф!, справедливнй для в'щносно широ-:нх резонансен. Вплив прискорення у иол! тяжшшт розглчнуто ' параграф! 1.3, до показано, що вш ¡стотний для резонанс')в з ниринами Г < 100 Гц. У винадку вщсутност! оовн!шн!х нол1В ;ласними функщями руху центру мае е плоек! хвил! а визна-сеиим ¡мпульсом. Як наслщок, р!вняння для елемент1в матриц! устини значно спрощуються, однак залишаються досить схла-дими ! не можуть бути розв'язаш у аагальному виглядь

Одним ¡з найважлившшх окремих вииадкт е випадок слабого насичения поглинания, коли можна розв'язати р5шшшя да матриц] густини послщовними каближеннями по полю. I цьому внпадку для отримання коефицеиту поглинапня ! по-аэника заломления газу необхщпо використовувати додатков! рнпущення, що торхаються вигладу штеграла Э1ткнень. Вн-ористовувалась апроксимащя штеграла Ыткиень у внгляд'1 су-га двох члешв, як! вщповщатть Ыткненпам, що супроводжу->ться злачною змшого швпдкост! {еяяыи 01тхнепня), 1 емткнен-ям з малою змшою шзмдкост! (слаба! або дифрахщйш о«ткнен-:я). Для слабких о!ткиень ядро штеграла огапеаь можна вва-<ати р!эностшш. За т&хах припущень вперше отримаио виза для поляризуемости г»ау у першаау порядку по штенси-пост! насичуючого пола, зк:ш оппсус форму ршопаиав наси-еного поглинапня 5 насичсао! днеперси о урахувапняи епшь-о) дДУ ус!х ргзширгоючпх 1 таких, що прпааодять до частот-их зсув1з, чипнишв за викпючеппягз пютогого роошнреннл та фект'т прясЕорснна у паятятж яотшк. Цей зпрап мгстпт& чо-при можппв! причипп частотна?: осуЫв ретояапс'т паепчено-о поглииаппз » паспчепоТ. дпспгрси. о ншг {Евадрз/гачнпй фект Доплера, «рпвпзпа хвпльовях фроат!а оустрзпппк хвиль, шяьна д!й пр0л!тпюс ефект!а та ефзкту пщдзя!) роэгшщапися ашше.

У параграф! донладпо реэгяяпуто вперше ваяолеппп осув аксимуму резонанса наепчепого поггшиаггаз, якпя е яаешдком

сшльноУ flií аггкнень ai a mí ною швидкогл i ixponiTHiix ефектп яка приаводить до залежносп ударного асуву лши вад час; прол1тання го. Отримано i нроанал!зовано вираа для асуву подано його наочну штернретацш. Шдомо, що нереважнш вклад у резонанс насиченого поглинання або дисперсй' вносит] невелика група молекул, ироекцй' кг хвальових вектор!в яки; на наирямок розновсюдження ноля зосереджеш у вузькому ш тервал! иоблизу нульових значень kz, що визначаються умо вою Ьр0\Акг\/т < Г, де рй — хвияьовии вектор поля; т — маса молекули; Г — ширина резонансу. Якщо Г настшьки малг Г < PkíVqD (t>0 — тепловашвидккть), що роасиовання на куч в <С 1 виводнть молекулу ia дього штервалу, то таке oÍTKneHHS екв!палентне непружному а^ткненню i не приаводить до асув) jiiuii. У шшому граничному випадку Г > puvoO амша швндкост) молекули при апкненш не снричиняе УУ впведення ia штервалу резонансно!' взаемоди з нолем i зггкнення п[»наводить до зви-чайного ударного асуву лит. ÍJi амною часу нролггання tq за умови стало!' густшш газу в!дбувасться иостуновий нерехщ В1д нершоГумови до другоУ, що означае амшу асуву, що зумовленин аггкненнами, 3¡ змшою tu.

Дал1 у параграф! 1.1 розглянуто вллив нольового роаширен-ня на форму резол and в насиченого поглинання за умови наяв-hoctí зггкнень ai omíhoio швидкост5. Основну увагу нридаено acHMerpii та частотним асувам резонанав.

Якнне пояснения залежносл ударного асуву резонанав В1Д нролпноУ шнрини можна без змш внкорнстовувати для обгрун-туваниа асуву лши, що виннкае внаслщок нольового роаширен-ня. 11 роте кшьмсие. доаидженна цього ефекту пов'язане з де-якнмн труднощамн. Найбшьш нрямнй шлях урахування сшльноУ ди нольового роаширення та з!ткнень нолягас у продовжен-12i нроц^офи посл'щовннх наближень до н'ятого порядку, проте отриыаш результати при цьому мають обмежену нридатшсть. Можш1В1сть иобудоьи бшьш точного розн'язку р1внянь для еле-MeiiiiB матриц! густшш, що не використовус процедуру розкла-ду в ряд теорп збуреиь, практично виключена навггь для íh~ ты рала oiiKiieiib з рг.зиостним ндром. Тому при розгляд] нехту-валось нрол'ггнимн ефеьтами таефектом в-1ддач1, що далозмогу отрнмати вирам для коефнигнту поглинання слабкоУ хвши аа нанвност! ayiTpÍ4Hoi xbujií довшьноУ штеисивиоеп i для ко-«ф'щкаггу поглинання поячоУ хвшп. Иилив з^ткиень ai зьпною

пшдкос/п враховано у першому набяиженш по малому пара-!етру Т/(ро!'о^) "С 1, так що отримаш результаги справедли-1 для низького тлску ноглинаючого гаоу. У випадку високого иску, коли справедлива протилежна умова > °т-

имаио впраз для коефщкнту поглинання стоячоУ хеши а!' у свидкктному наближенш.

Отримано I проаналюовано вираз для зсуву максимуму ре-энанса насиченого поглинання. . Проведено кшьюсну оцшку :уву, до якого призводять розгяянут! ефекти дп прол'пно-э та польового розширення на о су в ¡з-за з!ткнень для одшсУ

(2)

найбшьш докладно дослщжених л!нш — Е^ -компоненти отивально-обертального переходу Р(7) смуги 1/3 метану (А = , 39 мкм)т яка становить особяивий штерес для стабшзаца ча-готи. При тиску Р = 4 мторр 01 змшою величини т0 у два ши резонанс насиченого поглинання осуваеться приблионо на ) Гц, що оначно перевищус осув !з-за квадратичного ефекту

оплера 1 магштноУ надтонкоУ структури Рр'-компоненти при >ому тиску. 3! эниженням тиску вклад з!ткнень зменшуеться >опорц!йно квадрату тиску, так що для тиску Р < 1 мторр :новний вклад у омшу положения вершини резонанса дають (адратичний ефект Доплера та магштна надтонка структура. ;ув резонансу насиченого поглинання при змии параметру на-[чення /0 вщ нуля до одинищ при Р = 4 мторр становить при-[изно 70 Гц. Зсув 13-эа надтонкоУ структури у цьому випадку жблизно дор1внюс -400 Гц, а осув !з-за квадратичного ефекту

эплеру становить -30 Гц. Таким чином, для Р^-компоненти новний вклад у залежшсть положения максимуму резонансу а, параметру насичення дае магштна надтонка структура лиш.

Для стабшзащУ частота використовуеться також Е-мпонента того ж коливально-обертального переходу метану, а не мае магштноУ надтонкоУ структури. Вим'фяннй осув мак-муму резонансу при зшш насичуючоУ потужност! виявився

ього в чотири рази меншим величини зсуву Р^-компоненти того ж тиску. Такий великий осув не можна пояснити квадра-чним ефектом Доплера \ можливою причиною дього зсуву с 1ект, що обговорюеться у параграф!.

Розроблеш до цього часу методи реестращУ резонакав на-ченого поглинання ! насиченоУ дисперс!У мають високу чутли-:ть 1 дають змогу впевнено рееструвати резонанси при такому

ниаькому тиску, що вшшв зггкнень на форму резонашчв ктот но ослаблений 1 зсувом !з-аа зггкнень можна знехтувати. Про те в таких умовах иочинае нроявлятн себе роащеплення резо наысу на дв1 компонента внаслщок ефекту вщдач!, яю я а умов! нер!выих час1В життя р1вшв мають р!ану штенсившсть. Якщ< дублет не роздтений, то вершина резонансу асунута в!дносн< центрально! частота переходу. Величина асуву ДП,„ аалежит) в!д сшввщношеиия м!ж штенснвносгями компонент, !х шири ни, чагу пролггання ги та штенсивност! поля. Становить та кож штерес иольове роаширення реаонанав у п]>ол1тних уыо вах, в пли в поля на частитш асуви, як! нов'яааш а кривианон хвильового фронту та а квадратичным ефектом Доплера. 3 ав'яаку а цим у параграф! 1.1 проведено розрахунок ноляри оуемост! поглинаючого гаау у и'атому порядку теорп абуреш по полю и одночасшш урахуванням ефекту В1ддач1, квадратнч ного ефекту Доплера та нронгишх ефек'ив. Припускалось, щ< аггкнення а! амшою швидкост! вщсутш. Проведено анал'ю асув] максимуму реаоцансу в умовах нероадшеного дублету вщдач! зокрема наказано, що в штервал! тнск!в метану, коли ударш ширина шш! стае поршияною о раддацшною, ефект вщдач! мо же ном)тио вшшвати на асу в. Нанрнклад, при Р = 0,1 мтор{ для асуву максимуму резонансу иа умони амши параметру на сичення вщ /о = 0 до /о = 1 отрнмано значения +10 Гц.

Вилив ефектт прискорениЁ на гранича! характеристики методу насиченого попшнання роаглянуто у параграф} 1.2. При сностережешп резон анив насиченого ногшшашш а роздшьнок адатшстю 1012, що досягнута на цей час, великий час взаемода молекул« о полем т = 1/Г вимагае урахуьання чшпшк'ш роаширення, вкладом яких для вщиосно широких реаонанав можна анехтувати. Одним и» таких чишшкш с прискоренна молекул у иол! тяжшня Пемль Зпдно [1], ефект нрискорення молекул да<

иим'ггнин вклад у роаширення реаонанав за умови Г < \Jtil (к - хвильовой в< ктир, д — прискоренни земного тяж!ная),

Вважаючн кд — 10~3кд, для А = З.ЗУ мкм маемо Г < 20 Ги ¡, отже, ефекти нрискорення у ноя! тяжшня .'Земл! можуть бути ктотними уже в умовах ексиерименту [2]. Для адекватного онису надвуоьких реаонанав насиченого ноглинання ! насинено! днсперси у параграф! розвннута теор1я, в якш поруч а ефекта-ми нрискорення враховаи! пролтп ефекти, квадратичный ефект Доилера та ефект вщдач ¡.

Розглянуто взаемодш двох зустр!чннх гаусових пучюв о мо-зкуляршш газом ниаького тиску, що перебувае у пол! земного яжшня. Для опнсу руху молекул викорисювувались хвильов'1 ункщУ частники у однородному шш, яю визначаються через ункцп Ейрь Анализ отрнманих вирааш для резонансна насиче-зго поглинання ! насиченоТ днсперсп показав, що ефекти при-:орення можуть обмежувати роздшьну одатшсть спектроскоп!) 1сл1ченого поглкнання ! насиченоУ дисперси величиною 1С-12, эичому основний вклад у розширения даг псэдовжня композита ирискорення земного тяжшня. Нахпл резонатору лазера 1 хут д ~ 2 х Ю-3 приэводить до обмеженнл ширнни резо-шс1в на ровш 100 Гц 1 до частотннх осушв на р!вш часток Гц. зменшенням однорщноТ ширина яЗп!Т форма реооианав ускла-гюеться: вершина оберяеного провалу Лейба спяощуеться, а >го друга похщна являе собою дубязт,В1Дстань шж компонен-ьми якого дор1Внюе приблиояо 2т/Щдд- За умови $ = 0 вплив >искорення молекул зводиться до омешиевня часу Тх воаемодп полем !, як наел!док, до онпкпенна тая овацого ефекту по-пышх молекул. Поперечне присЕорення, що не усуваеться, об-;жуе роздшьну здатшеть яа р!вш 10~14 I не проявляе себе в гуючнх лазерних спектрометрах.

У параграф! 1.3 проведено анашо одного Ь иайбшьш важли-;х чишшюв розширення реоонанеш паепченого поглинан-: — польового розширення, трудноиу усунеяня якого швндко остають з! зменшенням Г I у багатьох ваиаднах вклад польо-го розширення у ширину резонанса, яка спостеркаеться, € значальним. Теор!я форми лшп поглинання стоячоУ хвнл! у з1 низького тиску, яка необхщаа для опнсу форми надвузь-х (Г < 100 Гц) реоопанав оа умов довшьного насичення, винна враховувати ефект вщдачЬ У цьому параграф] внхо-чи ¡а р!вняння Шредшгера отримано коефщ!ент поглинання оскоУ стоячоУ хвил! о урахуванням ефекту вщдач! оа умов до-1ьного насичення поглинання у> англяд! оберненого перетво-ння Лапласа вщ добутку ланцюгових дробив, усередненого по чаткових !мпульсах. Проведений чнеловий акал13 показав, що тайбшьш важливому для спектроскопа надвисокого роздшен-випадку роздшеного дублету ё > Г для опису форми одшеУ о мпонент дублету досить трьохр1виевого наближення, коли для гфщ!енту поглинання можна отримати вира» у вигляд) одпо-атного штегралу по ¡мпульсах. За умови точно'/ настройки на

центр компоненты отримано аналпичини вираа для коефщ1ент; notлинання та для його друго!' нохщноТ за частотою.

Глава II. Нелшшш резонанси у випромшюванш газових лазер1в о резонатором Фабр1-Перо.

У другш глав! доаиджуються резонанан явища у лазе pax а резонатором ФабрЬ Перо. У параграфах 2.1-2.4 ро ороблено теорпо газових naaepie а резонатором Фабр'|-11еро ! внутршшьореаонаторним нелшшно поглинаючнм газом, харак терною особлннн: по якоУ е. послщовне урахуваная просторово неоднорщносчч лазерного поля i внутршньорезонаторних сере довтц, то дало змогу хоректно оннсатм асиметрш i частотн зсуви нелшшиих реаонанав. Ршннння генерацп одномодовогс газового лазера отримаш у параграф! 2.1 виходячи ia розкла дения лазерного ноля E(R,i) по модам Ek(R) норожнього резо натора без втрат:

E(R,t) = ¿^ЫПЫй) + ь-г-,

(4.

де ¡ндекс к поаначае моду (/,</); и) — частота винромшюванни лазера; £к — комплексна ам л Mi туда моди, що новшьно амшюсть-ся, яка задовольняе укороченим р^внянням

d£k

dt

де Аи>к

+

А и>К

1 V-

£k = —'¿жlujFk - -i mkki£k4 (5j

ширина смути резонатора; Pk — Pi + I

P(R, t)Ek( R)dR,

ri±>

(«J

I'i - иб'ем шдснлюючого i ноглишшчого середовищ, P(R,t) — комплексна амшпгуда, що пиылыю амшюеться, иоляриааци

'{ Н, 1") пнут})1шаьореаонаторного середовиша, якавизначасть-гс гмввщношрнням

Р(й,1) = ^Р{ПЛ)ехр(ги1) + к.с.. (7)

оеф1шснти т^ п (5) описують лишишй зв'язок кпж модами та к' (к ф к'), я к пи виникае внаг.'пдок нещеальност! резона-ора. Вклад в т^ дають, наприклад, дифракция на дзерка-ах та внутршньорезонаторних ддафрагмах, розпяння на неод-орщностях резонатору, неповие вщбивання вщ дзеркал тощо. |ггримано вирам для поляризацп середовища о урахуванням ролтшх ефеглв у пол!, яке являс собою сунерпозищю мод езонатора, 1 вираз для коефщ!снт!в зв'язку, яю разом з уко-оченими рпшяннями для амнл1туд мод утворюють замкнуту истему р!внянь генерацн лазера.

На основ) розв'язку отримано1 система р1внянь у параграф! ,2 розглянуто найбшьш простий приклад резонансних явищ в аоерах — провал Лемба у контур! генерацп одномодового ла-эра. Отримано вираз для шгадноУ потуж.чост] лазера, зпдно яким пропал Л^мба асиметричний \ зсунутий вщносно центру ¡ни пщсилоння. Непарна по вщстройц! частоти випромшюван-я вщ центру лшп ищсилення Аи>^ добавка ДР до вихщноУ отужност!, яка призводить до асиметрп контуру, складаеться > двох час тин:

АР = Ро

7,-1

ХгеЧ-щт - Х2{Ч ~ 1)

(8)

'ут Ро — вихщна потужшсть у звичайнш теорп Лемба одномо-ового газового лазера; ц — вщносне перевищення помпування ад пороговим значеням; £ — беэрозм^рний малий параметр, кий характеризуе ращальну неодйорщшсть лшшного шдгилеи-я; параыетри ст(+> = *(+>' + иг(+>" 1 0(+) = /?1+)' + 1$+)" --оефвденти Лемба, що описують вщповщно лшшну та нелшш-у поляризусм!сть шдсилюючого середовища; коеф'щкнти Х1,2 ають вигляд

* = + ЪЬМЪЖ® - - (9)

де ¿и»а — частотна вщстань шж акаальнимн модами; Га ■ ехр[—(г^/И^)2] — днфракцшш втрати у резонатор! аа прохц Вирази для беароам1рннх чиншшв К в (9) наведено у дисе{ тац!У, Ух величина залежить вщ геометр11 резонатора 1 для сти кнх резонаторш становнть 0,5 -1.

Перший доданок у (8) вианачаеться незалежними вщ пол лшоонод|бшшн властивостямн пщсилюючого середовища, яг виникають внаслщок радоаяышУ неодиорщносач лшишого год силення 1 нрапорцшш показнику заломлення середовища, щ характеризуется коефщкнтом Другий доданок аумовяе нин нелшшними лшзоисудбними властивостамн пщсилюючог« середовища, як! виникають внаслщок рад^ально неоднорщноп насичення покааника иаломлення у лазерному поль Кожна ! цих двох "лшз" спричншое амшу параметр!в гаусового пучка В свою чергу Ц1 змши внливають на вихщну потужшсть па аера таким чином: по-нерше, амша радиусу гаусового пучка н. д!афрагм! снричннюс зменшеиня або збшынення дифракцшню втрат отже, шдвнщення або шшження вихщноУ потужност! но-друге, за умови кнування рад!альноУ неоднорщност! лшш ного шдсиленна амша радуусу гаусового пучка в шдсилюючо му середоаицу супроводжусться омшою ефективного нщсилення I, отже, вихщноУ нотужност1; но-третс, амша ефективного об'ему моди у пщсилюючому середовинд спричншое амш} вихщноУ нотужност!. Таким чином, формула (8) онисус шктг можливих м<£хашзм'ш асиметри контуру вихщноУ потужаостУ що пов'язан! и сфектаин нросторовоУ неоднорщност). Вщносна роль кожного и них иалежить вщ ркших параметров лазера 1 £ конкретних екснериментальных умовах вианачаючим може бути будь який а них.

Пнлнв ефектш НросторовоУ неоднорщност! на форму обер-нених нроиалш Лемба розглянуто у параграф! 2.3. Отримано вираз для форм и швергоааного провалу Лемба у наближенш малоУ контрастность У вннадку шдсутност! просторовоУ неоднорщност! цей вира.» онисус симетричиий но вздет рой щ частоти иннромшюванни вщ центра лши поглннаиня лоренце-вии контур, що иииикас ильки внаслщок насичення нопшнання. Простороиа неоднорщшсть ирнаиоднть до аснметр!» резонансу внаслщок иенариоУ но нщстроиш добавки, яка Ыдбнвае

вклад насиченни диглерш у внхщну потужшсть лазера ("лшзо-Ь)" асу» 1 асиш* | р'и резонаш^в) Нииикнення непарно'/ но

о€*авки до В5ШДН01 потужност! зумовшто трьома~причинами. [з! \Гнйх вшшкають внаотдок зшяи ефехтявяого коефщкнта утс-и^гшя, яка пов'яоанао лпшшою та кеяшшною яеоднорщяо-тзшя пщсяпення, третя - внаслщок залсжност! дифрахцшних тг.ат па доафрагми вад радиусу пучка.

У вяпадау вздсутност1 проя!тних сфект!в модовий пщхщ риводитт» до результат}», як«, жкио сшвпадають з а>домими еоульта?, ами ~[3, 4] • одрЬиздтьса тЬьки омыв точними зпа-ейяями числових коефщкггпа, що характеризуют!, геометрию тонатора. Урахуааик.в гфоттпнх еф&хт'т приводить до циа-к новях розультапв. Для лшзового зсуву максимуму

тертованого провалу Лемба отримано тахий внраэ:

Дй*«» = (г(_)го) г<->, (10)

х<е„. = + ТЛЩ1/ТЛ)К!Г - - (11)

>уик1дя оянсус йшшй лроятшх сфсхтш иа осув дп,

гнй проявлае себе не тЬчьги у гщмипюеп ошрпяп реооная-т вщ однорьчноТ ширшя зле п у свосрущих особяиво-гях лзноопсдабинх зластягзостгй погянкаючого гаоу анзьжого зеку. Шд час зиеятеяна фуихц'ш четеншусться,

эи Г^го ^ 1 обертаетьез в пуль } гг яодалыяям омсвшен-зм Г^г0 стае, гид'смяою. Зсув ДО у гргша'шому випадху

ДП.^ « (12)

)д} як йеа ®роя1тпйх ефе'ша (Г^го > 1) маеш>

ЛП£>,«0.5Х/гмГ*->. (13)

*

Складна яопед|пяа л'таоссго зсуву у нролггят области >в,5шша о яеяокзльпкта» го&шодм лаяерпого пппя о ггапгаяа-чтш гассг; йпзького тпеяу, лйаеярнчлнюе зм'шу знаку ш?ятш->1 лигап, що яяледена полем насичу?пчого гаусового иучха для ■стрггаого гаусового пучна. У параграф! наведено отрамання [рао длз оптячиоз сплп аел'шшпсТ а!птзвI пропедеко його ал&шо я рюявх Г("'г0.

Розглянуто таьож зсув Д11СИГ1, максимуму швертованого ировалу Лемба, який вшшкае внаслщоь неодиаковогп штенси-вностей зустр1нних хвнль у резонатор! та рад1ус1в кривизн« хвильових фронт!в цих хвиль, що спричннюеться нелшйшши д1афра1монод1бнимн властивостями иоглннаючого гачу. Яккно його походження можна ноясннтн так. Вщомо [5], що резонанс у коефщкит! поглинання гаусового пучка за наявност! насичу-ючого зустр1чного гаусового нучка, взагал! кажучи, зсунутий вщносно центру ли111 ноглинання. Цей ефект вшшкас внаслщок кривизны хвильового фронту гаусових нучкчв ! мае ¡стотие значения у вннадку нозарезонаторноУ поглинаючоУ коьпркн. У вну-тршш.орезонаторнш спектроскоп!'! насиченого ноглинання зус-тр1чн! I аусов1 нучки для ¡деалыюго иорожнього резонатора по-вшетю узгоджен! (положения перетяжок сшвпадають, рад!уси 1 ¡нтенсивнослч пучков однаков!). Для таких пучки* ¡нвертований провал Лемба точно ф1ксуе центр лши ноглинання I наявшеть кривизни хвильових фронтт иризводить тшьки до додатково-го розширення резонансу. В умовах генерацм, однак, узгод-жешеть пучк1в зинкас. По-нерше, внаслщок втрат на пропускания та ноглинання на дзеркал!, що розлищено бшя кшця поглинаючоУ ком1рки, штенсивностч нучыв у ноглинаючш ком!рщ неоднаков!. 11о-друге, наявшеть д!афрагмонод'1бних властиво-стсй елементш резонатора, тобто нроеторовоУ неоднор'щност! лшшного шдсилення, неминучоУ ра/цальноУ неоднородное^ насиченого у шли гаусового пучка шдсилення, наявшеть д!афрагм для забезнечення одномодовоУ генерацн призводить до неодна-ковост1 рад!ус1В кривизни хвильових фронт!в зустр!чних пучк1в у ноглннаючому середовшц! [6]. Тому слщ чекати, що ¡нвертований провал Лемба буде зсунутий вщносно центру лпш ноглинання.

.'Зсув ЛПсип, мае вигляд ДПСУТУ = ДП^, + АП„и, де зеув АИ11ор1, що обумовлений неоднаковктю рад^счв кривизни хвильових фроиччв зустр1чннх хвнль у ноглннаючому середо-внии, та зсув що виникае внаслщок нертност! ¡нтенси-

вноетей хныль у ноглннаючому середовищ!, даються виразами тину (10).

Нираздля в!др!зшитьса вщ (11) тшьки значениями кое-фщкнтш А'. Функщя Г1{ор1 змшюе знак при с; 2.3, причо-

му за умовн > I маемо ^ , и 2.5/(Г*-,ги)2, а коли

Г(-)ги< 1, то

Неличина, параметру заложить вщ того, з боку яко-го-дзрркала регструеться внхщна потужнить. У випадку реестрацп потужносп випромшювання, що виходить через реркало, яке розмщене бшя шдсилюючого середовиша, ви-нгачаеться виразом

(14)

V,,,« 2 6М . и*;

1 у випадку ресстрацп потужност!, що виходить через дзеркало, 1ке розмнцене бшя ноглинаючого середовшца,

Т.

\,п^ = у[1-2(^-1)] 1 ь1;г , (15)

Т2 — пропускания дзеркала, яке розмнцене бшя поглштаючо-го середовища; — координати кшщв поглинаючоТ ком!рки;

— конфокалышй параметр резонатора. Функщя Р)п( завж-ди додатна, за умови Г'~'г0 > 1 маемо « 2.5/(Г(~)го)2, а юли Г<->т0 < 1 — и 1,129.

У параграф! 2.4 модовий пщхщ до опису ефект!в нросторо-зо1 неоднорщност! використано для анал!зу форм и частотних ^езонансчв у двомодових лазерах. Дослщжено зсуви частоти ви-зромпновання лазерт, стабшзованих за частотними реоонан-:ами. Показано, що асиметр1я частотних резонанав вииикае знасл!док впливу нелшшних доафрагмоподЮних властивостей гоглинаючого газу, наявшсть яких за умови кнування шших дафрагм у резонатор!, у тому числ1 нелшшних, призводить до гарно!' за вщстройкою добавки до частоти м!жмодового

Зиття. Ропглянуто можливкть усунення асиметрп резонанав пляхом установки вщповщного тиску шдсилюючого середови-ца у випадку ударного розширення Л1Н11 поглипання; при наяв-юст1 пролтюго розширення ця можливкть зникас, а величи-1а частотних зсувт ктотно заложить в'щ, сшнв'щиошення мгж ударною та пролшюю игиринамн.

У параграф! 2.5 наведено результата експерименталыюго та георетичного досл!дж<чшя резонанав насиченого поглинання в 1е - Ие/12 лазерах на довжинах хпиль 633 ! 612 нм.

He-Ne/I2 лаоер па довж*ш хайл» 633 ни с ианбшьш досац) женим ia стабшзовапнх aauepie видимого дцщааону. Тим h менш на початое дано! роботи ockobhí причини частотних асу bíb, що обмежують вгдтхшрювашсть частотн, до кшця не бу ли встановленЬ В робота [?] сностерггався оначний осув-ча стота стабшаованого иааера при oviiai амплггуди D модуляхд частоты (10 30 кГц/МГц). Наяошсть такого асуву с осно вною причиною вщносио uuabKoí точное«, отримааоУ шд ча м1жнародних пор!внят> частот He-Ne/Ь Jianepia [8]. Автора« роботи [7] не вдалось ьнаначати причину асуву, оспаьхц згщи< Ух оцшок вщош фактора (нахал доллар!вськог m;iií щдспяеиЕШ вплиы сусщ«1х компонент иадтоакоУ структура, апаратурш осу ви) повииш прииаодатн до аыачпо иеяшоУ величава модунядщ ного асуву.

В [4] вкаиуьалось на ршгшшут! у иидередшх параграфа; ефекти аросторовш кеодаорщиост! як и& иождиау причину ве ликах модудяшнних осу bíb, що сностеркаються в He-Ne/I¿ ла аерах. Дшсно, як иокаааио ваше, внаслщок .инаових ефекти резонанс насиченого пиглихання завжди асаметричний i, & наел ¡док, частота стабшзошшого лазера повинна аалежатн в|д амшатуда модуляци D. Величина иодуляцшиого осуву, що си» стерпаеться, ноже бути ауиовлена линзовыми ефектамн нр4 дифракцшних втратах на ршш процента. Одыак для одноааач ного ансновку шдносно ирнчни «идудящвиого асуву аотр|б ni Ц)лесаря»лОваш екеперкиевтаиьы! дислщження цодулацшкил зсув'ш. ;

В л атому екснернмеал шкористоау вались два He-Ne/iJTí;¡ лазера и довжнною реаонатора Lf ~ 40 си, в яхому мктнлнсь ноглаааюча кошрка довжннок> — ? см та активна» еяемеш а довжиною {кюрадного аромшьу 21 см i диаметром каашар) 1,8 мы. Для cTaóialaauiV частота «азарт вашрастоаувалась система аатоматичкоУ нщс гройкн частота (АЛЧ), вякш як сигнал uoxuóMt никорагтсшуиаися сигнал третьаУ гармошка частота модуляцп. Ищ час вмшрюиань частотных acyaia заегосовува-лась методика оцтичного гетеродинуванна, аидио о якою }ден-тичн| дослщжувашш i онорааи лазери стабшзуют1>ся за piana-ми надтонкима компонентами, Ух ванромшюаання «водиться аа васокочастотний фотонриймач i ресструсться частота биття. KouTpacj iiít ii. реаонанс'ш становилаблиаько 0,3 %, ширина — нриблиаао 3,5 МГц.

Вшит лшоопо/ибних вдасгивостей ил-модулншйшзгу в и до :л!джунався-шляхом гшшк геометричних нарамегрт ремнабора. В ркснеримен'п викоригтовувались сферичне дзеркало I рад'птом кривизны Д=1, 2 ! 1 м, друге дверкало - плоске. величина дшоового зсуву повинна к.тотно змшюватися шсля 1а.1,пш1 дворкал, однак у ексиеримент! о точшстю до похнбок 1нм1рювань вон а залпшалагь незмшною ¡, напрнклад, при тиску юду 30 Па становила к = (22 ± 2) кГц/МГц. Величина модуля-[ппюго зсуву лшншо имепшуеться о! »меншенням тыгку г» на-:илом 1 кГц/(МГц-Иа). Встановлення в резонатор дыфрагми, дамотр яко1 (1,3 мм) значтго менший ощ дааметру активного лементу, також не приводило до змши величини к.

Таким чином, проведена экспериментальна, перев1рка не щтвердила гшотезу про визначалышй вклад ефект!в просто-овоУ неоднор1дност1 в асиметрно 1 частотш осуви резояансш в [е-Ме/1-2 лаоерах. , .

Як можливу причину асиметрн резонанав насиченого по-лйнання в Не-Ие/Ь лазерах в дисертацп розглянуто Ыткнен-я з! змшою швидкоетк Як показано у перинй глав!, форма езонанпв ¡стотно залежить вщ ошвв'щношення м!ж шириною резонанав ! величиною кив, де ки — доплер!вська шири-а л!нп; в — характерный кут розеляння шд час з1ткнення. В лазерах в типовых умовах експерименту ширина ре-онанав в'1ДНосио велика: Г > 1 МГц. Ощнимо параметр кив ля л!н11 поглинання йоду. Ампл!туда розаяння при зггкнен-1 важких атом;в або молекул складасться ¡з пор!вняно нГиро-эУ класично1 складово!', що вщповщае прол!там з прыщльною ¡дстаиню р, меншою ращусу Вейскопфа рц', та р'гакоТ дифрак-¡йн01 складовоУ, яка вщиовщае великим ирищлышм в!дстаням > р\у. Класичн! э!ткнення, для яких характерна велика змша видкост!, супроводжуються непружними та деор!ентуючими родесами ! можуть бути враховаш шляхом включения вщпо-дних члешв вйходу в р'шняння для елемент!В матриц) густи-и. Дифракщйна частина ампл!туди розаянняя, шо дае осно-шй вклад в асиметрно резонанав, мае характерну ширину ~ Л/ры, де Л = Н/Ми, М — маса молекулы; и — теплова видккть. Для йоду при рю = 1 нм кив = 400 кГц !, таким ином, виконуеться нер!вн!сть Г > кив.

Вираз для коефщ!енту поглинання стоячо'1 хвилгв цьо-у випадку отрймэдео у першш глав!. Для слабого насичення В1Н

1 Дц?/Г[1 - (Ли/Г)-]"

+ 1 + (Au/iy + " [1Ф(Ди/Г)2]4 J'

К»)

де S <С 1 — параметр наснчення на oci гаусового кучка; метр, и < I вщбивае роль зггкнень ai амшою швидкостк

« = ^ 4Л = / Ви(Акх)(Акх/к0?<ЦАклуу

(17)

= l'ii + wvi ~ комплексна частота иружних зггкнень для нед^агонального елеменгу матршц густини; В и — ядро ш-тегралу апкнень.

Як вишшвае ia (16), вклад иружних зЬкнень с ¡стотним для невеликих вщсчроиок вщ центру резонансу jAa^j < Г i швид-ко оменшуеться при абшыиенш |Ди»|. Анализ залежнослт зсуву AÎi*3^ шд 1) при piaHJix ступенях насйчення иоказус, що зсув найбшын швндко амшюеться при D < F i pi3Ko зменшуетьси при аГлльшешп параметра, иасичення. Така иовед'шка ащповщас екс-нериментальним результатам. Розрахована аалежшсть- нал илу модулящдного зсуву к = d(Ai№)/dD у точщ D — 3 МГц для He-Ne/1* лазера яккно вадновщас експериментальним залежно-стям.

Таким чином, проведен! експериментальш та теорегичш до-слщження модуляцшннх асу ni в частоти вииромшювання ста-бшзованих He-Ne/Ia лазеров покааують, що лшзоно/дбш вла-cthboctî иоглинаючого середовища не с вианачальною причиною зсув'ш, що спостеркаються. Найбшьш ймов1рною причиною асиметрп нелшшннх peaouaHciB, що прнаводить до таких асувш, с аггкненни ai амшою швидкосп.

Ile Ne лазери а довжиною хвшм 612 им викликають аначний iu iepec у ав'язку а тим, що лшшнин юефщннт ноглинання йоду на лнш li('l7) смуги 9-2 В-X переходу, що сшвпадас з лнпею вииромшювання лазера (нерехщ неону 3s2~2po)> манже в 250 раз бшьший, шж на довжиш xBimi 633 им. Контрастшсть ре-aoiiau< iB насиченого ноглинання йоду на 012 им може доснгати ИМ [О] при тиску йоду ~ 3 Иа, що да» змогу розраховувати на

значне покрашен»?. стабшыюст! та в'щтворктаносп частот, якшо перейти на цю довжину хвиль Однак, як показали окспе риментальш дослщженнч, внаслцнж неузгодженост1 параметрт наснчення поглинання Гпщсилення величина параметру наси-чен}1я поглинання перевнщус 100 1 спостериасться десятнкрат-не розширеиня резонансш у пор|внянш з одиорщною шириною лшп поглинання; виникас зиачна кшьмсть резонанпв, яю вщ повщають забороненим переходам А/ - 0 М1Ж компонентами надтонко! структуры 1 перехресним резонаисам, що призводить до спотворення форми резонанст, як! вщнов'щають дозволеним переходам; спостер!гаються характер!» для сильного насичення ! великого поглинання явища пстерезису та режим жорсткого збудження генерацп. .Зазначеш властивоеп резонанав не спри-яють Ух ефективному використанню як частотннх реперов. В наших експериментах модуляцшний зсув для лазера на 612 нм в два-три рази перевищував модуляцшний зсув, характерний для лазер!в на нм,! був пов'язаиий з асйметр1ею резонанав, обумовленою крилами широких сусщшх резонанс!в. Вим1рюван-ня стабшьност1 та вщтворюваност1 частоти випромшювання показали, що з переводом на довжину хвнл1 012 нм стаб'1лыпсть дослщжуваного лазера дещо покращуеться (нриблизно в 1,5 раза), а вщтворкжашеть вщ включения до включения попрщусть-ся нриблизно в два рази.

У дисертацп описано Не-Не лазер на довжшп хвил'[ 612 нм 31 складинм резонатором типу Майкельсона, в якому ефекти сильного насичення иовшетю усунуть Шдсилююче та ноглина-юче середовпща встановлеш у рюш плеч! резонатора. 1нтенси-вшеть св1тла /+ в пщеилюючому середовитш \ /_ у ноглннаю-чому середовииц пов'язаш сшввщношенням /_ = /+Я2, де Я — хоефвдент вщбивання дшилыюго дзеркала. Таким чином, оптимальна стушнь насичення поглинання досягаеться в'щповщним вибором Ё. В експеримент'1 як дзеркало К використовувалась ненанилена поверхня призми Л1ттрова, яка являс собою дзеркало з одною транши, коеф!ц1ент вщбивання якого можна легко змшювати шляхом повороту активно! трубки о брюстер'шсь-кими В1кнами, що задають полярнзащю падаючого на призму вииромжювання. Як показали експернментальш досл'щжен-ня, сигнал третьо) гармошки при настройщ на резонат ктот-но залежить вщ коефщкнту вщбивання дшилыюго д ?ркала, тиску йоду, амплп-уди модуляци частота \ птрат у паси .ному

плеч!, пов'язашши а негочшг.тю уагодження хаусовнх пучюв в плечах резонатора. меч он» вианачсчши онтнмалышх значена дих параметр1в, як1 оабеанечують макашальну крутизну дискрим1нац'шноУ KjiiiaoV, було проведено чвсловвй anaaiu, ви-" коркеговуючп В1Д01П параметра aiiiii ноглннання йоду на до-вжаа1 XBiuii (¡12 им. Стабии.шсть частота i частотш зеува вам!рювалась шляхом ресстрадП" частота биття двох щентич-ннх лазер1в, счабипзованнх вщпоыдно нодвох piannx компонентах aiaii ß(47) йоду'. Модулядшний агул становив а]>нблнано 1 кГц/МГц. Довгочасова стабшьшегь (г = 100 с) стиновнла ■Ä4' 1,2- 10~13 i нриблпаао на иорядоь нерешпнувала стабыьнкть lle-Ne/I-2 лааера а резонатором Фабрг-Неро. аа довжнш хыип G33 нм i 6Г2 нм. Шдтьорювашсть в'щ включения до включения » 5 • К)"12.

Пиша III. Реаонаис-jii явища в кшыцевих гаоових

лазерах.

У параграф! ;{.1 отримаио р!ш1яния генерацп ыльдеаих одно-модовнх гааовнх лааер'ш а вну i ршхньореаоаатораам пел'шшно ноглаааючим гааом. Викорнстапо нашвкласачаой шдхщ, апдно а якнм електромагштне иоле в резонатор! оаисуеться класич-аима р^иняннями Максвела, а стан середовшца — квантовими ртняанями для матриц! густини.

Результат дослщження коикурентиих реаонашлв в юльце-вих гааовнх лааерах i Ух викорпстаная для стабшзаци часто-ча i в ирецнзшннх виьирюванлях викладено у параграф! 3.2. Розглянуто сночатку найбшлн простан ванадок .— кшьцевип лазер а гааовим одшаао'юпним актиьним с'ередовшцем ! описана яккаа картина конкурендм хваль i утворення дшяака одно-XBiuiboBOi' генеращУ. Наведено докладиий огляд результата раанае ароведеаих доапджеаь конкуреатанх реаоаааслв в кшь-цевах лазерах а tieJiiuiüuuM аопшианизш, розглянуто характеристики конкурентных роаонанеш при довольному иасичешй ноглннання i отрнмано вираа для основан< ix характеристик як часточних penepiu. Точшсть нрив'яака до нерипши конкуренции о резонансу можаа харакчериауватн оберненою крутизною

-1

Ь - , де ¡^ ипененвнкть слабоУ хвшп,

"1 , - *~>

Г ~:~7.у ма" 1нтё»7си виостей зустр1чних хииль. ^I.»а слабо] о наси-чення шилинаная параметр Ь за вщсутшнт! рЬшии добротно с.теи'для ауггр^чннх хипль (Ь — 0) однакоьнн для мльцетло ла. :;>'(>,I 1 а лишнюю одпомодоного лазера 1 с Ь — 6() — А1*

д ыдпошеьня лшнших коефицснччв ноглннання 5 шдсилення, ш.ш'|1леш1и параметра» насичення талинання ! шдснлен-»«. ¡сгоню змжюе с.итуацш иаявшстъ розниц» добро!постен резонатора, для зустр1чних хвнль 6 ф 0, коли Ь = це

Ро ^халиЛ ша>«ше 1 м. ¡ни хара*. чернзус конкуренцию зу»л ргших Нрп Л ~ ¡>0 незважаючи на м.тлу штенсившсть резонансу ( 1айы1зац'я частоти може бути внконаиа з! значно бш.нюю 1Ч)Ч1ИС ЧЧо. ([¡Ж 1!ри Л — 0, ОСКП1ЬКН При дьому Ь % Ьц^о с /<(). Шдд иорювлшсть частота лазера визначаеться зсувом tS.il максимуму резонансу вщносно центру лпп! ноглинання. Для Ь 1 ДП отрамано

Г(,-)2 д-) н-)

де фуньши Л; *') ошнус ефек ги сильно! о насичення (для ма ЛИЧ па)1<! чеЧ ¡>¡11 )МСИЧ0»НЯ < 1 .4 — 1, для > 1

Л ' - 1 !>/,/( V 1). О 1]ш:аано та кож внраз для оиумовлено-

го з1»'«;>ьо.м зустрпних хниль внаспщок зноротнього мдбнття ка он-] нчпил ж >>днор1Дностях резонатора пеуну частоти < га-Гвдмон.жою цо конкурентному резонансу лазера. Результата теоретнчно! о ана/нзу аощшшються о екеперименч альними, що |р|!маи1 »1.и <•!лбЬизацн часточи винроммювання Не-Л'е/СН., :г; >:п ;<д >.> .;< К V ¡.Ч\Ч пиши Оезонанеамн.

Лаведено результата реализаци методу реестрацц надмалих нерюдичних коливань за допомогою конкурентних резонанав. Иоршпшш з методом, реалшованим в лимйному Не- Ме/ОН ) ла-¡П){, де досягнуто а Гл. олю 1 чип чутлниоп I <) • .и на баз!

> м, метод конкурентних резонанаа мижо бута 6;лыа чутди-г-.км, огк'.льки конкурен пи резонаыси в кш>цених лазерах мають »лично «Ял; ту 'жтеноавакть, меншу ширину ¡, як иаслщох, злачно бшьшу крутизну шж резонанс и в ¡шинному лазерь В експе-римелтч л'т'идаяьпа зареестревана амнл1'гуда лер'юдичних коливань стаионнла 5-Ю"1 м наба;:и 0,85 м. г1ухлив^сть внм)рювань ^бмежувалась шумами, що впннкаюгь внаслщок иёретворення

частотных флюктуацш лазера в амнлггудш при настройщ н дшянки р!зкоУ oMiiru штенсивност!.

Резонансш ефекти в к'шьцевих газових лазерах са наявност зв'язку оуст]»чних хвиль розглянуто у параграфах 3.2-3.3. Ве лику упагу придшено так званим фазовим резоиансам, що яв ляють собою резонансие обшьшення нотужноси слабо'/ хвил в дшянщ однохвильовоУ генераци при сшвпадашп частоти ви

иромшювання и а центром лпш пщсилення або поглинан

ня и>о~\ У параграф! 3.3 розвинута теор!я фазових резонанс!в яка грунтуеться на запропоновашй модел1 кшьцевого лазера ; режим! однохвильовоУ генеранн як активного интерферометра суть якоУ така.

Роаглянемо кшьцевий лазер без нелшшного поглинання У нульовому наближмиа за зв'язком у дшянщ однохвильо воУ генерад1У генеруе одна сильна хвиля Еj. Слабка хвил; Е2 утворюеться TinbKii внаслщок зворотнйх вщбивань сильно хвил!. Коеф!ц!ент пщсилення Gi для uie'i хвил! насичено полек сильноУ хвшп i в!н не набагато менший втрат Т2 резонатора дл] ц!сУ хвил!. Оскшьки порогов! умови для генеращУ хеши Е? не ви конано (С?2 < Тг)» то для хвил! Е? к!льцевий лазер можна розгля дати як своерщний активний штерферометр. Добротшсть Q власна частота Й такого ¡нтерферометра !стотно в!др!зняють ся в!д добротност! Q? i власноУ частоти Q? порожнього резо натора. Оскшьки в дшянщ однохвильово! генерацй' втрати длз слабкоУ хвиш тшьки дещо перевищують шдсилення, то ефекти вна добротшсть Q значно перевищуе Q2 i е

де G{ = — насичений коефвдент пщсилення за проху

для хвил1 Ei, к" — уявна частина комплехсноУ поляризуемост к, = -f in" середовища, усереднена по об'сму резонатора.

Вщмшшсть власноУ частоти Ü вщ пов'язана з насичен ням показника заломлення для слабкоУ хвил! полем сильноУ хвил1 причому

Q = П2 - 2жшк'2. (20

Оск!льки слабка хвиля утворена вщбиттями сильноУ хвил! й< нерухомих елементах резонатора, то УУ частота и>2 гшвпадас г

1стотою_wсильно! хвилг, яка з урахуванням ефектГв затягу-шня та вщштовхування с

Таким чином, вщстройка частотн слабкоУ "пробно!" хвшн д власти' частота "активного" ¡нтерфер шетра с Ьи = — 2 - '2пи(и'1 - к'2). Для доилершськн роаишреноУ лнш сильна аиля но-рюному насичус нокааник зал > тления щи <ебе 1 для ¡ттрггно! хвил1: к\ ф к'л- Коли для сильно]' хвнл! можна вва-ати, що ноказник заломлення не змииоеться к\ = 0, то для )-'('тр!,!ио*! хвнл1 п'2 в дп1яиц1 однохвнльовоУ генерацп практично ншно аалежигь в'щ вщстройки Ли/+> частотн вннромшк>нан-а вщ центру шни шдснлення; ос

Ирахоауючи (19)-(21), для потужносп хвил1, що мае часто 1 яка пройшла через штерферометер а добро ппстю (} 1 а вла-юю частотою й , маемо

ааначимо, що на вщмшу вщ норожнього резонатора а доброт-1СТЮ 0 1ЮТуЖН1СТЬ ХВИЛ1, ЩО ВИХОДНТЬ 13 "активного" Ш-ерферометра, значно неревищуе. потужшсть надаючоУ на ньо у хвши, оскшьки втрати слабкоУ хвши, нов'язаш а впходом ¡а езонатора, практично иовшстю комиенсуються кнуючим шд-шенням.

Таким чином, утворення фазового р аинансу аумовлено яь £ектом насичення уявноУ частник к" поляризуемости середови-1а, так 1 реальноУ частини нричому аалежнкть иотужност! табкоУ хвил] вщ частотн визначаеться частотною аалежшстю

Як вииливае ia (22), за наявиост! частотно/ невзн:мност1 t - üi ф 0 максимум фазового резонансу асунутий вщносно ентру лшн шдсиленна. Пел и чина асуву Д11 дасться виразом

-- ílj — 2хи>к\

ос 7;

2 1

(22)

[2тго/(«'/ - /фР I ¡ílt - íi, - 2жи(к\ -

Al = k(íl, íl¿), де

к

(23)

1) — шдносне перевишення накачки над пороговым значениям, Аи)р — смугл пропускания порожнього резонатора. Ефси г.ть мально высоко!' чутлнво(;т| фазовых резонанав пщсиленн« .... стопин иевзасмносп екснернментально вперше сностеркався в кшьцевому Не-Ые лазер! на довжиш хвил! (¡33 ям. Зсуь максимуму резонансу становив ~ 5 МГц при змии частотно!' нев-заемносп на 1 кГц. Гстотно, що явнще зсуву максимуму фазового резонансу мае безпороговий характер ! величина зсуву аномально велика. Ц5 властивост! фазових резонанав шдсылення стали основою низки практичных застос.увань для стабшзацп частоты вннром!нювання лазер!в ! в лазерный проскош!'. Гра-ннчш стабшьшсть частота,I точшсть вим!рювань при цьому ви-оначаються натуральными флюктуац'шми нот.ужност! хвиль. У параграф! прнводяться результати експериментального досл'щ-ження натуральннх флюктуацш потужностей эустр!чних хвиль юльцевого Не — Ке лазера на довжиш хвил! 633 им у режим! фазових резонанав ! результати теоретичного анал1зу. Наведено ф!зичну трактовку особливостей спектру натуральных флюктуацш на основ! модел! утворення фазових резонанав.

У параграф! 3.4 дослщжено фалов! резонанси поглинання, що виникають при сумщенш центр1в лшш пщсилення! поглинання. Показано, що у випадку лшн поглинання без надтонко!' структуры при достатньо великому поглинанн! ширина резонансу мо-же бути значно меншою вщ однорщно'/ ширины лшп поглинання, а контрастшсть — значно бшьшою одинищ. Знайдено зсув

АО, = максимуму резонансу вщносно центру л]л1Х

логлинання, зумовлений неточшстю сумпцення центр!в лшш

пщсилення ! поглинання и^ -и;^-' ф О I величина якого значно переващуе аналог!чний зсув в лшшних лазерах. Де пов'язано з тим, що оснрвний вклад в утворення резонансу вносить дис-перс!я поглинаючого газу. Проведено анализ фазових резонанав поглинання у випадку роздшено!' надтонко!' структури л!н!!' поглинання, що характерно для лшш поглинання молекулярного йод}'. Показано, що в цьому випадку основный вклад в утворення резонансу вносить насичення поглинання, Контрастшсть резонанс!в визначаеться числом компонент надтонко!" структуры ! не залежить в!д тиску поглинаючого середовища (доки кнуе ст)йка дшянка однохвильовоУ генераци), не спостер!гаеться кон-курентне звуження резонанав, у випадку неточного сумыцення

г ктруЪшйопенти <> максимумом фазового резонансу шдсилен-* ■ сио< 1^р!га«:гьса аснметр!я фазового резонансу иоглинанвя 1 осув частоти випрошнюванчй стабЫзованого лазера ктотно залежят!» Ид амвя1туди модуазщн частот».

Екслернмеитаяьдо дослужи*:«© фаоош резонансн ноглинання "* И*. ~ Ме/1д лаолрдх и внхорйетглнам як нел'ишшого поглннача кю:.чту Х1'Ч2. Наигдашфава ¡геионанов на ыашвви-с<т станов» л а приблаоко '?,5 МГц, контрастшсть була и '20% 1 »¡а ! гтруму вакапля.

га агтшодуяацшш звища розгля-иуге у параграф* Н^юсчдеао аиал!э омши режнша генеради : форме фаоо&ез рсзоиаиов'и! оШоышш ив'яаку зустр1чних хйлль. Покачаь*«, що фазозий ?к>гш!Ш!с при цьому загострюсть-ся, кнуе .цнт^ше ииа'ттопа коефацгата оа'зиху хвиль, при пе-ревищеаш якого в ждажиост! змд шгязду иа'жоку можлив! ефек-ти пстерсчшсу та зглоздщуддшшг! зашца.

Застогунашгп фагмнгих резоаансгв пщсшшния для стабипзащУ частота роягяаауто у иарагряф; 3.8. 'Завддьн високш штенси-шимгп, а» жиша гид одаирщмо! ширшш лнш шдсняен-

ня, та ацомальаш путлаЕоей до частично! неазаешшсп резонатора да резоианси ааиаш>Т5» сооок> ефективш ренери для ро-зробки о поршнаио оисо&о» {10**9 - Ю-1') стаб!лыпстю

частота аиарошиздэаниа 1 а пуоышм спектром внпроышюван-н.т, що досагаеться за долимого:» ле иадто складннх систем ста-¿¡.изаци частоти. Ьтотко, то, ст&оркхочи у ркюиатор! лазера чинтрольойаау настигау цевиасмшс* ь, можна имшювати положения фазозшо реоояансу в межах дшямки однсхвильовоУ ге-'}«?»ац11 ( там сашш г.цжгхртт&ти чагтоту аипромшювання с гэ/ил«м>яаиог« ча ака ¿«чнм&нсом лазрра. Аномально аисоку чутливкть фашших реоонаиоа до частотно! иевааемност! резонатора можна ййкорисгоауватн там»* дяа практично ловно-го усу ¡¡«низ моду/шайкою ропшмрення Л(1Ш винромшювання стаб!я$ь«#ва!й»го .¿.шора, акшо отрамувати сигнал иохибки, иеоб-.чм.шш лла }кк)«т1! I»стедш АИЧ, шляхом модугмци не частоти ч»{!!роМПТВ>5аИНЗ. а {КШИММШв фаУОВОГО рммжансу. При цьо-иу ''.мн.'птуда упдуазий I ¡шшт О] - Л л, то оабезпечус ефек-гивн> рииогу гйстеми аНЧ, а к раз менша дев^адГУ, що по-тр1бна у ипнадку модулацГУ частоти випромшювання. Описано кшьнешш Не-Не яа.*»ер монобяочноУ вонструкшУ на довжиш

хвил1 633 им, стабшзований згщно з запропонованою метели кою. Стабшьнкть частота випромшювання становнлп 2 • V»"4 при час! усереднеиня 1-10 с. Частота випромшювання сгаиЬп зованого лазера могла нерест роюватися в межах 200 МГц. ^ режим! стабшзац!']' з модуляпкю частота випромшювання ши рина лши становила бшя 1 МГц. У режим'1 стабшзацп з мо дуляцкю частотного положения резонансу ширина лши стано вила нриблнзио 100 кГц 1 визначалась швидкими частотним» флкжтуашямн, як! не вщирацьовувала система АНЧ. Описана також методика ресстрацИ' фааовлх резонанав в юльцевих лазерах, яка дала змогу застосувати високу частоту модуляцп \ як наслщок, значно розширитн смугу вщпрацювання системи АПЧ I змепшити ширину лши випромшювання до 6 кГц.

У параграф! 3.7 нрнводяться результати застосування фа-зових резонанс!в поглинання для стабшзацп частоги. Ро-зглянуто особливоси фазовпх резопанс!в поглинання за вщ-сутност! надтонко1 структури як частотних репер!в з урахуван-ням можливост! сильного насичення поглинання. Показано, що кнуе оптимальна область тиск!в метану, у як!й ширина резонансу ! його зсув мппмальш, а контрастшсть максимальна. Дано огляд експерименив по стабшзацп частрти Не-Т^е/С'Щ лазер!в 1 проведено пор!вняння експериментальних та теоретичних результате.

Результати експериментального дослщження стабшзованих кшьцевих Не — Ке/12912 лазер!в наведено у параграф! 3.8. Фазо-вин резонанс поглинання в такому лазер! складаеться !з лорен-цевого контуру, що виникае завдяки насиченню поглинання, та мало!" дисперайноУ добавки, що виникае внаслщок насичення дисперс!']. Наявшсть такоУ непарно!' по вщстройц! частоты випромшювання в'щ центру компонент« добавки призводить до асиметрп резонансу !, як наслщок, до зсуву частоти випромшювання лазера, стабшзованого по цьому резонансу. На вщмшу вщ випадку однокомпонентного поглинаючого середо-вища, копи фазовий резонанс поглинання зсуваеться як цше \ частота випромшювання слабо залежить вщ амшптуди О модуляцп частоти випром!нювання, для резонанс!в в Не —Ке/12912 лазерах зсув ¡стотно залежить вщ р. Для усунення впливу цього зсуву ьа частоту стабшзованого лазера запропоновано методики автоматичного сумвдення центру л!шУ поглинання з

цен грим фазивою резонансу шдсилення, що дало «могу отри-мачи довгочасну стабшьшсть ~ 2- 10_1¿ П|Ш час! усереднення 100 с.

Глава IV. Внутрииньорнаонато^на

частотяо-модуляцшна спектроскошя насиченого поглинання i imciinejuoï дисперсч'У.

У четвертш niaisi проведено доапдженням часто лчю-ыодуля-uiiíiiHX резонансш насиченого поглинання i наснченоУ диснерсп в пшшшх ¡ кшьцевих laaoBtix лааерах, що рееструютьса аа доно-чогою аанрононованого i peaaiaoBanoro методу внутршшьоре-зонаторно'У частотно-модулящнноУ спектроскопы, i Ух застосу-зання для стабшаацп частот та в спектроскопы' надвнсокого юздшенння.

Суть методу частотно молуляцпшоУ сиектросыиш внутрнп-1Ьореаонач-о}>но)ч) попшнання иолягас у модуляци онтичноУ до-зжиии L лааера L = ¿о + AL cus(ilt) а частотою ÍÍ, вел..-mua sikoï може буш бьчыиою bí/i, одиорщноУ ширини лшп' почитания Г<~\ аалншаючнсь в той же чае злачно меншою в!д щнорщноУ ширнни лшп' шдсилення, i у видмеши задоиомо-ч>ю синхронного детектування сигналу амшитудноУ модуияци шхщного имнромшкжання лазера. Для и илом шдексу модуля-UÍ А,,, = чС 1 в одномодовому режим! генерацп поле в

>езонаторУ можна вважати суиорноаишею трьох стоячих хииль i частотами и) i та амшпл удами í.'o i £±i- Ьез нелшшного

юглинання i при генерацй' лазера ноблшзу центру лшн шдсн-[ення сшващношення м!ж амплитудами i фазами трьох стоячих :виль таке, що амшитудна модулящя випромшювання лазера пдсутня. Пезмшюе, ситуащю i наявшсть нелшшюго ноглннан-! я, якщо ni одна ¡з хвиль не настроена на центр лшп' поглинання

' i hí одна Í3 пар хвиль не неребувае у симетричному иоло-

кеиш bí;uio( но H противному раз! баланс mÍ/K амилггу-

¡амп або фазами хвиль норушусться i виникае амплпудна мо-улящя внхщного випромшювання. Нанриклад, при сумпценш lacTOTH и) центрально!* компоненти з центром ninii' поглинання, внаолдок ефекту насичення дисперсп, фаза uieï компонент«

i, отже, розница фаз м«ж парами (£о. E+i) i {Eq, Е-\) змшюсть-ся; при симетричному положеиш компонент E+i i Е0, внаг.;;з ефекту насичення поглинашш пояем сильно! хвшп Eq, комета Е+1 перебувае у бшьш вигздному енергетичному полол»е;, .а пор1вняно о Е-1, яка взаемодое о ненасиченимн молекулами, що також призводить до неоднаковосп ампл!туд хвиль 1 1 ^-i i, отже, до амплЬудно! модуляци вннромЬчюпанля. Таким чином, при схануванш часюти випромшювання ш спостер-1гак>ть-ся вузьи дшянки частот о шириною порядка однор]дио! шнрини шш1 поглинання, в яких внннЕае модуляци вихщно! потужност1 лазера, тобто спостерЬаються частотно-модулящйш резонан-си.

Результати доаццжеиня частотно-модуяацшних реэонанав в лшшннх лазерах наведено у параграф! 4.1. Раоробяено теордо частотно-модуляадйввх реэонанав для дошлышх параметра наснчення поглинання 1 {адексш кодуаяцн. В наблнженш слаб-кого наснчення / < 1 форма частотно-модуяящйнах реоонанав

х [т - Цу + |) - Ц-„) + Ц~р +|)+

+L(z){L(i>+1) -L{y + *)-£(-*+£) + £(-„-j-ж))] (24)

де L(x) = (1+ir)-1; а*-' — шшгший коефщквт логвивапвд; z — v — ¿W/Г*""); I - 8)$}а/Г{"*)а — параметр насичеаая. .

Форма реоонаасу (24) шюежять шд ««¡вшдцощення мзж частотою модуляци ft i однородно» шириною Г'*") nliiii цогдипая-ня. При ft < Г(~) ¡а (24) внплппас 5„и > 5л,р, ври цьо-му оалежност] 5«ь(Дц) i ¿'«»ир(Ди>) мають енгляд, бяномнй до першо! noxwioi d({i?{a)/ii(Au>) шд ферма 1нв8ртовакого про* валу Леыба. Збшывевш! ft пршеодвть до збкыкекпз i

при ft й; велпчнни Smbs(Aw) i ¿'¿.„(¿iw) етаягеь nopis&s-ними по веявтов!, пря цьоиу фор и а ршонапаз уже шдшн-на в!д flf((£|3)/J(Aw), одная все ще бяиоьи«. до формв оеичаа-Hoi дисврншв&шйво) нривоь При веливах частотах нодуяяай ft > Г*-) вщбуваетьсв яккна змша фор и в реаонадшв, ярнчо-му реоонанс Sate перетворюсться на два ргаошизсп лореацозоз

форми, що фоксують в'одстройхи Ды — ±11/2, а резонанс — на три резонанси дисперсшноо форми, пул! я к их фоксують вщ-стройкн Ди; = 0 1 Ди> = ±$2/2. При довольному насичеооооо картина ускладнюеться 1 з'являються резонанси дислерсп 1 поглииан-ня, що фоксують вщстройки Ди> = ±0.1 вщновщають сумощенню настоти боковоУ комионенти а центром лона погаииания.

Роаглянуто вииадки застосування резонанпв як частотних репер1в для стабшзацп частота вшоромонювания ¡для спектроскопа надвисокого роздоленння. Дослщжено новедаоку характеристик резонанав при змш параметра насичення, частоти модулящУ, тиску поглннаючого газу для р!зннх шдекав моду-ляца. Показано, зокрема, що вщновщною установкою ¡ндексу мо^оуляци забезпечусться можлнвкть виддлення реаонанслв, як! не аазнають иольового розши])ення.

Докладно описано експериментальну установку для дослщ-ження частотно-модуляцаоних резонансов в Не^е/СЩ лазерах' на довжиш хвил! 3,39 мкм, методику виморювань 1 систему реестраца та обробки даних. Оптнчна схема нередбачала можливосоь проведения експериментов розноо о типу а мономаль-ною нерест])ойкою 1 включала дослщжуваш Не ^е/СН_1 лазериз резонатором тину Фабро-Неро 1 з кольцевим резонатором, опор-нош стабшзований за частотою лазер о'лазер-оетеродин, який забезнечував рознесення частот оенераца опорного \ дослщжу-ваного лазеров. Под час виморюьань частотних зсуойв, стаболь-иосчч та вщтворюваносоо частота стабшзованих лазеров, точно! реестрадоУ форми частотно-модуляцнших резонанав вико-ристовувалась методика оптичного гетеродннуваооня. Система частотно-фазовоУ нрнв'иаки (ЧФАП) аабезпеч/вала стабш-ииию частоти .мазера гетеродина за частотою опорного лазера и сталою вщстройкою 1-5 МГц, при цьому динамгша похнбка хрив'язки не перевищувала 0,1 Гц, статично') похнбки не було. Ширина смуги вщирацювання обурень в системах ЧФАП — 25 сГд. Аналопчна система ви&орнстоаувалась для перестройки оастоти досищжуваних лааерш. Для ресс града сигналов впко-»истовувались охолоджуваоп родьим азотом малошумш 1пЬЬ фо-годюди (екв1валентиа ЕРС опуму < 15 нВ/Гц1^) а чугливктю > 104 П/Пт. Для здшснення внсокочасоотпоУ модуляоооУ часто-01 вииромаоювання лазера о забезпечення при цьому низького >овня параамтиоУ амнлотудноУ ыодуяяцн роороблеио вузол, в яко-оу внкорнстовуеться диск на високочастотшй керамщь У результат! було аабезнечена ыожлпвкть роботи лшшного лазера

0 частотами модуляцп до 5 МГц при р'жш паразитно1 амплпу-дноТ модуляцп 90-100 дБ.

Особливослч консгрукнп резонатора кшьцевих лазе,;.;" дали змоги застосувати в них розробленнй вузел поникл, .о. Внаслщок бшып жорсткого кршлення п'езокерахмки в »их часто-ти модуляш! обмежеш на р]вш 0,7 МГц. Однак цього д1апазону доенть для проявления в<лх особливостей методу в кшьцевому лазерь

Наведено результат!! експерименталыюго дослщження характеристик резонанав, проведено Ух П0[)'|ш!яння з висновками теори. Зокрема, експериментально показано, що змша Д,„ вщ

0,35 до 0,1 призводить до зменшення мпимальноУ ширини Г резонанав з Ди> = ±П в 2,5-3 рази (як для поглинання, так

1 для диспераУ), тобто мппмальна. ширина для цих резонанав

омшюсться пронорцшно Дт, в той же час ширина Г^п резо-нанеш на Аш = ±П/2 практично не змшюеться.

Особливост! частотно-модуляцшних резонанав

у випромшюваню кшьцевих газових лазер ¡в розглянуто в параграф! 4.2. Представлена теор1я генеращУ кшьцевих лазеров з модульованим на високш частой периметром резонатора 1 до-слщжеш основш особливоеп частотно-модуляцшних резонанав в кшьцевих лазерах. Показано, що частотно-модуляцшш резо-нанси насиЧеноУ диспераУ мають властивостг, характерш для кшьцевих лазер!в (конкурентне збшьшення штенсивност! резонанав), але без властивих Ум недолшв (висока чутлнвкть до змш тиску пщеилюючого середовища). Це пов'язано з тим, що фон, зумовлений впливом пщеилюючого середовища, при Гх реестраци вщеутшй I вони заонають меншого спотворюючого впливу пщеилюючого середовища пор^вняно з резонансами на-сиченого поглинання. Крутизна резонанав в кшьцевих лазерах

збшыпена приблизно в

/1+ (25)

раз1В. Гараметри а 1 /3 вщбивають роль ефектчв конкуренщУ эустр1чних хвиль в утворенш нелшшних резонанав в кшьцевих лазерах:

H liiiiuüux уыовах екеперпмеиту ó < р <¡¿ J, отже, а 1 i /J < 1. Як виилнвае io (25), ефекти конкур« нд'п зуслргшпх хвиль приводить до збшыиенна крулизни к прпблизно в а > 1 paoiu, причому вклад конкурентпих ефектчв ктотний тшьки для вщносио невисоких часл'от модулящУ И < С Алр. При

12 ~ Аир характеристики частопю-моцулишйннх резонанс1в в кьльцевлх лазерах наближаються до характеристик частотно-ыодулящйних резонанпв в лшшшх лазерах для тих лее пара мег piu влу i ринньорезонаторпих середоьшц.

Наведено результат експериментального допидження чае-тотно-модуляцшнпх резонанпв в клльцевпх ile-Ne/dl.i лазерах i визначено онтимлльш значения параметров лазера i частот аодуляшУ, якл вабе.зпечують максимальну ефектившеть резо-uanciB як частотних реперов.

У параграф! 4.3 розглянуто можливост) частотно-модуля-цшного методу на прнкладд поза- та внутршшьорезоналорноУ

спеклрогкопи F¿~ -компонент ьо.пжалыю-оберч алию/ ему i н jiíhíi ноглинанпя метану. Uuóip niei .nuil зуыовленнй наявнклю численник ексиорименталышх ланн.\ upo TV сл'рукгуру га характеристики, якл булп о í pn.Maiii pÍ3HoM«iiii гними методами, щодае змшу пронесли кьп.кнпу оцшку чупшвоелл i розд'ш.ноУ здат-ное ri нового мел оду. Описано новни »молод < пек гроскони трьо-хр'шневого газу, роздшьна здалннлл, якого практично не обме-жуслься пролпннм розпшренням ¡ гехшчиими флнжтуащями чагголи нинромшювапня лазера, подано коротке теорегичне ибгрунтування методу i анализ йою граннчних можливостей. ÜHKopm говуючи иозар»-зона горцу ног.шнаючу коыцжу з лпмй-ним íioi .шнаннам 3- J0"1 с»\Г 1 i дов.кнною 15 см, без розшнрення лазерного пучка досягнуто роздшышУ здатноелл 3 • 10a.

Д(аЛ1 у параграф! розглянуто принцииове питания про }>актори, як1 визначають чутлшшть методу внутршшьоре-iiiiiii i орноУ часточчю-.модуляшйноУ спекл роскошУ. Показано, но i ранична чутливкть мел оду визначасться флюктуащями лотужност! na3ej)Horo нппptj»\iiíjюиапня на часгоп модуляци [I, основиии вклад в л к i на впеоких частотах вносить дро-")оний шум фотошв, i отрнмапо оцшку гранично! чутлиdoctí

aí)7in — ^ " ем-1 Гц-1^. Проведено анализ реально] чутли-зоелл методу i показано, що в умовах експерименту вопа обме-кусться pajijaniÜHHM шумом фотопринмача, оеновний вклад в

який вносять фонове теплове випромшювання i споитаняе ви-промшювання розряду в шдсилюючому середовшщ.

Проведено пор]вняльне досящження чутлнвост1 реес„ частотно-модуляцшних резонанив i частотних резонанаг у двомодовому режим1 генерацхГ. Отримаш в одному naoepi зна-чення S/N для частотно-модуляцшних резонанав i частотних резонанав дуже близью i визначаються тепловим шумом ро-зряду у першому випадку i техшчними флюктуащями частоти м1жмодового биття — у другому.

Граничш можливост1 методу внутршньорезонаторноУ частотно- моду ляцшно! спектроскошУ шлюструе роздшенння ма-гштно! надтонкоТ структуры ^^-компоненти л!ш1 поглинання метану, отримане при реестрацл резонанав насиченоТ диспер-cií, що виникають при Аи = ±fi. П1д час реестрацй' цих резонансе параметр насичення поглинання може змшюватися у широких межах шляхом змшн ¡ндексу модуляцй", хцо дало эмогу усунути польове розширення резонанав. В експеримент1 вико-ристовувався He-Ne/CH« лаоер о лод&ккм резонатором, довжи-на поглинаючого середовнща ставовняа 95 см, диаметр лазерного пучка в поглинаючш хомЗрщ 2 мм. Нашвшнрина компонент роздшено1 структур« становила f(-) 4 кГц для резонанав наси-чено1 дисперса i 8 кГц для реоонанав насиченого поглинання. Зазначимо, що роодшенння надтонкоТ структури отримано при

• • л •• » • и **•••

Д1аметр1 променя 2 мм, що вщповщае пролггши шириш лши поглинання для тепловнх молекул Гпр = 1/го = 70 кГц (т0 — середшй час пролггання). У цьому випадку основннй вклад в утворення резонансу дають повмьш молекулн, частка яких ста-новнть (Г(~)/Гпр)2 — (3 — 4) • 10~3 вщ повного числа молекул. Наведено результат« експернментального дослщження гранич-них можливостей методу в кшьцевому naoepi. Д1аметр променя в метановш komíphí становив 2 мм, и довжина 45 см. Мипмаль-не значения нашвширини Г^ становило 6 кГц для резонанав насиченого поглинання i 2,5 кГц для резонанав насиченоТ дис-nepcii', що вщповщае роздшьнш одатност! R ~ 5 • Ю10. У цьому випадку частка повшьних молекул, як! дають основний вклад в утворення резонансу, ставовить ~ оагальноТ кшькост1 молекул. Зазначимо також, щочутливкть, яку досягнуто в к'шь-цевому naoepi, в 3-5 paaie перевищуе чутливкть методу в лшш-ному naoepi.

Ексиериментальну реалшащю нового методу реестрад'и ре-зонанпв насиченоУ дмсперсП описано у параграфа 4.4. Метод грунтуеться на реестраци фазн сигналу мшмодового биття у режим! примусовоУ синхрошзацп мод в двомодовому лазера Показано, що можна рееструва ги ре-.юианси наснченоУ диспераУ, гш ил пуда аких визначапьса смугою синхрошзади. Чутли-вкть методу близька до чутлнвост! методу частотних резо-цансш. Одннк щ резонанса цають саыостпше значения в зв'язку и можлнвктго усунениз шшнву шуы!в рееструючоУ система, що ыоже бути ¡стотним для вибору того чи шшого методу реестрацп ршонаиав иасаченоУ дисперсп.

У параграф» 4.5 аикладено результаты застосування час-готно-модулядшннх реаонаисш для стабийаацп частоти ви-промшювання гааових лазеров.' Дослщжеио частотш зсуви 1 гранична стабшьшсть частоты випромшювання лазеров з резонатором Фабр]-Неро. Для ексиерыментальноУ нерев!рки ефех-гнвнот застосування частотио-модулящйних резонанив для ггабшзацп частоти дослщ^уваасэ Не-Ме/СН^ лазер з довжи-юю !,(> м, довжина ноглимаючоУ коыфни 0,8 м, щамегр ироменя I мм, шшдна нотужшсть 1,5 мВт. При стабшзацП' по резо-гансу насиченоУ дисперсн о використаинзм частоти модулящУ >00 кГц нестаби1ьн|сть частоти битта становияа0,7 Гц при чаа /середноння 10 с (Ди/ы ~ 8-10-15) I приблнзно у три рази пере-шщувала стабмынсть, отрнмалу нрн стабшзацп по резонансу (асичеиого иоглшшшя (11 > 5(1 кГц). Показано, що нерехщ взд табшзагнУ по резонансу насиченоУ днс.нерсн до стабиизацГУ по кчдонансу наенченого по1 -лннання гунроаоджугть я зеувом ча-готи ДО ~ 1,8 кГц. Такнн асуа шшиьае иавдяки асиметра пни ноглинання метану, яка зуиовлена магштною надтонкою

:труктурок> /^'''-кошиженти. Осяовний результат проведених юслщжень нолягас й тому, що вншр.нстання частотно-модуля-мйних резонаиав дла стабшзаци частоти дае змогу отримува-:и при вщносио невеликих розм!рах иогиинаючого середовища малнх контрастностях резонаипв иотужноелч вшою значен-1я стабшыюсп частоти винромишвання (Ю-14 при чаа усере-щення 10 с) ] вщтворюваносп 10~13.

У нараграф1 наведено також результат» дослщжень кшь-(евих газових лазеров, стабшзоваиих по частотно-модуляцш-1им резонансам. Проведено ашшз резонаипв як частотних ре-1ер5в ! показано, що використапня резонанав наснченоУ дис-

перси дае змогу значно оменшити зсув частоти стабшзовано-го лазера порхвняно з1 зсувом максимуму конкурентного резонансу. Пщ час егабппзаци по резонансу насиченоТ ляс««- "•' механу кшьцевого Не-^'е/СЩ лазера з довжиною иогликпиил 45 см досягнуто стабшьшсть частоти випромшюваиня 7 • Ю-15 при г > 10 с. Порхвняння з результатами, отриманимк шд час стабшзацн частоти за конкурентними резонансами, по-казуе, що використання частотно-модуляцшно1 методики дае змогу пщвихцитн стабхльнкть частоти приблизно на Порядок. Вщтворюванкть частоти, визначена як за допомогою оцшок

0 використанням вдм1ряних залежностей зсуву АО, вщ пара-метрхв лазера, так 1 за результатами прямих вим!рювань се-реднього значения р]зницх частоти двох стабшзованих лазер1в при замш шдсилюючого 1 поглппаючого середовшц в дослщжу-ваному лазер!, становила 6-9 Гц, що вщиовщае вщтворюваност1 частоти 8 • Ю-14 — 1 • Ю-13.

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТЫ I ВИСНОВКИ

1. Розроблено теорда взаемодн просторово неоднорщних оустр1чних лазерних хвиль з молекулярним газом низького тиску, що грунтуеться на квантуванш поступального руху молекул I дае змогу описати сшльну дхю пролхтних ефект1в, пружних зхткнень з! змшою швидкост1, ефекту вщдач1, польового розши-рення, релятивктського ефекту Доплера та зовшшхйх полхв на форму резонансхв насиченого поглинання I насиченох дисперсп. Показано, що внаслщок сшлыю'1 дн прол1тних ефект1в, польового розширення 1 з!ткнень виникае залежшсть зсуву резонанс1в насиченого поглинання вщ геометрхх насичуючого поля \ штен-сивност1 поля, яка може призводити до ктотних частотних осу-в!в випромшюЬанйя лазер!в, стабшзованих оа реоонансами насиченого поглинання.

2. Дослщжено вплпв ефект!в прискорення у шш земного тяжшня на форму надвуоьких резонансхв насиченого поглинання та дисперси 1 показано, що сшльна дая прискорення 1 пролтхих ефект1в приоводить до сплощення вершини швер-тованого провалу Лемба, розщеплення частотних резонанав

1 другох похщно1 вщ форми швертованого провалу Лемба х оникцення ефекту повшьних молекул.

3. Дослщжено взаемодно плоско! стоячо! хвши о газом низь- -кого тиску з урахуванням ефекту вщдач! для довшьного насн-чення ноглинання. Показано, що у нанбшын важлнвому для лшктроскони надвисокого роздшення випадку розд'шеного ду элету вщдач! Ь > Г для оннсу форми одшл о комнонент дублету ;остатньо трьохр1вневого наближенна. Отрнмано аналтгшнй шраз для коефпценту поглинання та для його другоУ иохщноУ за гасютою для чочноУ настройки на центр компонент« дублеч'у.

4. Розвинуто теор1ю резонансних явшц в газонпх лазерах, 1ка опнсуе обумовленнй просторовою неоднорщнктю лазерно-'о поля 1 внутршшьорезонаторннх середовнщ нплин ефекту научения диснерсп на вихщну нотужшсть та ефекту наснчен-[я поглинання на частоту випромшювання лазера. Дослщжено 1умовлен1 л'шзонод1бннмн \ щафрагмоио/убними властивостями мутршшьорезонаторних середовшц асиметр!я ] часгопй зсуви [ропал!В Лемба, швертованих провален Лемба в одномодових

частотннх резонанпв в двомодових лазерах. Показано, що елнчина 1 знак аснметрГ1 1 частотннх зсув5в нелшшних резо-анпв ктогно залежать вщ сшввщношення м1ж однородною ши-иною V ноглинання та оберненим середшм часом нролгган-я молекул через нромшь.

5. Екслериментально доонджено аснметр1ю 1 модудящйш суви резонанпв насиченого поглинання в Не-Ме/^ лазерах на овжшп хвил1 633 им. Показано, що нружш З1ткиення, яи упроводжуються змжою швндкогп, приводить до асиметрп езонанпв насиченого поглинання в Не^е/12 лазерах (А — 33 нм), вклад якоУ в величину модуляцшних зсув1в частоти ви-ромшювання стабийзованих лазер1в може значно неревищува-и вклад асиметрп, що зумовлена лшзонощбними властивостя-и ноглинаючого галу.

6. Яанриноновано ! екснериментально реализовано ефекти-IV методику усунення ефект!» сильного насичення поглинання Не-Ме/Ь лазерах на довжиш хвши (¡1.2 нм, яка грунтусть-

! на внкористанш складного резонатора тину Майкельсона, досягнуто довгочасну (т = 100 с) сгабшьшсть частоти ви-юмшювання «1,2- 10~13 при вщтворюваност] вщ включения > включения « 5 • 10-12.

7. Показано, що фазов1 резонанси в кшьцевих одномодовш лазерах, що утворюються внаслщок слабких зворотиих вань сильно'/ хвшп, завдяки малш ширнш, високш шгенап

1 ефекту аномально високоУ чутливост! Ух частотного поло,;.. до частотно!' невзаемностт резонатора с ефектйвннми частот-ними реперами для розробки джерел стабильного за частотою лазерного випромшювання з вузьким спектром I для нредизш-них безпорогових вим^рювань кутовоУ швидкость

8. Встановлено, що у випадку нероздтеноУ надтонкоУ структура лши поглинання, характерноУ для Не-Ме/СЩ лазер1в на довжиш хвил1 3,39 мкм, визначальну роль в утворешп фазо-вих резонанав поглинання вщкрае насичення дисперсП погли-наючого газу, що приаводить до високоУ чутливоси частотного положения резонансу до несумщення центр1в лшш пщси-лення та поглинання 1 до обмеження вщтворюваност! частоти випромшювання стабшзованих лаэер1В на р1вш 10~12. У випадку роздшеноУ надтонкоУ структурн лши поглинання, характерноУ для Не-лаэер)в на довжнш хеши 633 нм, основний вклад в утворення резонанав дас насичення поглинання, тод1 як насичення дисперси" прнзводпть до асиметри резонанав 1, як наслщок-, до модуляцшвого осуву частота стабшоованого лазера.

9. Запропоновано, обгрунтовано ) реалшовано метод пооа-резонаторноУ частотно-модуляцшноУспэктроскошУ трьохр1вне-вого гаоу в пол! богучоУ хввш, роадтьпа одатнкть якого не обме-жена пролотннмн ефект&мн I техшчппмп фшонтуащями частоти лазерного випрошнювання. 3 викорпстаншш поглпяаючоУ се-редовшца о коефгщентсм погавнааня 3-10~4 {о довжиною 15 см досягнуто роодшьну садатшсть 3 • 10®.

10. Запропоновано, обгрувтоваво I регишозгшо повий метод реестрацп реоовавс!в яаснченого погявваваа 5 пасвчсноУ дисперсП — ввутр1шпьорещ>наторвз часТотсо-иодуяхгщГша спек-троскошя, чутянв!сть якш не обмейгусться текшчшпш флюкту-адЬми потужност! вазервого випроашшзгшая. Показало, що в цьому метод! модою шщ5лятв а& р&хта&щ пагичекого поглинання, тая 1 реоонаяси васвчекоТ дпспере1У, шд час реестрашУ яких фон, оумовлешга ввлввом пЗдсшшючого середоЕнща, практично вщсутшн. Можлмисть ал&вного регуяюпапая ступени

(аснчеяня поглинання i, як наслщок, усунення польового розши-»ення дало змогу досягти у лазерному спектрометр! на основ) ie-Ne/CH4 лазера роздшыюУ одатном! II ~ 5 • Ю10.

11. Встановлено, що найбтьш ефективними частотними ре-ерами для стабшзащУ частоти випромпаовання с частотно-годуляцшш резонанси насиченоУ дисперсП' при частот! моду-яшУ, иго бтпшька до однор!дноУ ширини лшп поглинання, вн-ори'-тапня ¡ttíiíx дало оыогу досягти CTaói.'ibiiocTi частоти ви-ромпионання 8-Ю-14 при час! усереднення 10 с для лшшного fe-Ne/í'lí i лазера i 7-Ю-14 при чап усереднення 1Ü с для кшь-евого лазера. При дьому характерний для кшьцевих лазеров нлив omíh тиску шдсилюючого середовища на вщтворювашсть астоти внпромшювання практично усувасться 3Í збереженням ом1тного вкладу ефект1в конкурендй' зустр1чних хвнль в збшь-[ення крутизни резонанав.

Осноып результати днсертадй' викладено в таких публикациях.

Моно1-раф1я:

Дапильики М.В., Нцепко Л.П. Резонансные яьления в коль-.»вых газавих лазерах.—- Киев: Наук, думка, 1991.— 132 с.

Обнови! CT3TTÍ за. темою дисертацп

. Алексеев В.А., Лценко JI.II. Форма реоонансов мощности в кольневых лазерах // Квантовая электроника.- - 1976.— 3, Л-- : I. С M07 -1ÜÍ.

. Алексеев В.А., Лценко Л.II. Предельные характеристики ре-зонансов мощности кольцевых газовых лазеров // Труды ФИАН.— 1976.— 91.— С. 1-47-158.

. Алексеев U.A., Л цепко Л.11. Влияние полевого и пролетного упшренин на столкновительный сдвиг оптического стандарта частоты // Письма в ЖЭТФ.-- 1979.-- 29, N. 7— С. 428-432.

, Алексеев В.А., Лценко Л.II. Влияние геометрии и интенсивности ноля на форму .реоонансов насыщенного поглощения молекулярных газов низкого давления. // ЖЭТФ.— 1979.— 77, N. 6— С. '2254-2268.

5. ■Высококонтрастные нелинейные резон г.лсы я коны^евом Не - Ne/I2 лазере / М.В. Данилейко, A.M. Двоагякзоя, М.Т. Шпак, A.M. Целинко, Л.П. Яценко // электроника — 1980 — 7, № 9.— С. 1988-1989.

6. Данилейко М.В., Целинко A.M., Яценко Л.П. Аномально большие сдвиги фазовых резонансов кольцевых лазеров // Квантовая электроника.— 1981.— 9, N° 4.— С. 844-846.

7. Воспроизводимость частоты кольцевых Не — Ne/CH4 лазеров/ М.В. Данилейко, A.M. Фаль, В.П. Федин, М.Т.Шпак, Л.П. Яценко // Квантовая электроника.— 1981.— 9, N° 10.— С. 2013-2027.

8. Данилейко М.В.. Целинка A.M., Яценко Л.П. Мощностные характеристики He-Ne лазера на переходе 3з2 - 2рв неона (Л = 612 нм) с 12712 поглощающей ячейкой. // Квантовая электроника — 1982.— 9, N. 11— С. 2346-2347.

9. Внутридоплеровская спектроскопия трехуровневого газа в поле частотно-модулированной бегущей волны. / М.В. Данилейко,A.M. Фаль, В.П. Феднн,Л.П. Яценко // Письма в ЖЭТФ — 1983.— 38, № 11, С. 532-536.

10. О возможности применения конкурентных резонансов кольцевых лазеров для создания детекторов гравитационных волн / М.В. Данилейко, A.M. Фаль, В.П. Федин, Л.П. Яценко // Письма в ЖЭТФ.— 1984— 39, Afa 9.— С. 428-430.

11.' Частотно-модуляционные реоон&нсы в излучении газовых лазеров с рнутрирезонаторым нелинейным поглощением / М.В. Данилейко, A.M. Фаль, М.Т. Шпак, Л.П. Яценко // УФЖ.— 1984.— 19, N 7.— С. 1109-1111.

. 12. Стабилизированный He-Ne/127l2 лазер со сложным резонатором на длине волны 612 им / Данилейко М.В., Кравчук А.Л., Целинко A.M., Яценко Л.П. // Письма в ЖТФ.— 1985. — 11, N 13.— С. 827-830.

13. Кольцевой Не — Ne лазер (А = 0,63 мкм), стабилизированный по фазовым резонансам / М.В. Данилейко,

A.Jl. Кравчук, A.M. Целинки, Ji.il. Лценко // Квантовая

электроника. - 1985.— 11, C.170U-17L1.

14. Динилкйко М.В., Кравчук Л.Л., Це.пшко A.M., Ящнко Л.П. Лг;:/.шетрия нелинейных резонансов и частотные сдвиги сшшшзнроьашшх lie-Ме/121а лазеров. // Квантовая электроинка.-- 1980. - 13, N. 3— С. 51G-522.

М.В., -¡'иль A.M., И цепко JJ.ll. Лосароизводи-мгм гь частоты кольцевых He-Ne/CIl4 лазеров, стабилизированных но частично модуляционным резонансаы. // Кван-iwidii ;»лекч ролика. 1980, - - 13, М" L С. 821-822.

G. Датисйки U.M., Яцьнко Jl.il. Часчотно-модуляцнонные резонансы в излучении кольцевых лазеров с внутри-резонаторным нелинейным поглощением. // Оптика и

: ,,i:-см,ч1Ия. IiJSii. «И ¡. ! :. -S(ii -80Г).

/ \.».tiu>- tioiti/.ifiHut'HHbii резонанс ы в излучении На --\ -/' '//, н их н<ч!<> а.зонанне для сч аби.тизацнн ча-

• •»«•'. .' Л1.Н. Ддни.ичаи. A.M. 'I'rtJib, Л.И. Федин, Л.Н. Яцен-

') VcU'li! :Ме!:ТриЛ11лД i'ibii, j Л, .'Y-i." 1 '. /)24 -

■•. ■■ ■■ ■ 1 ч '(-■>.'. . /• '-ч i' ' fj■ ii^i peii-jiiajiCoii насы-

щенного поглощения а газах низкого да мления // Квантовая

• .......''>>'~ \ .. ■ \ ' .:,,"),"i ч'У.;.

-ir« jirtjihituj о магнитного ноля на. характеристики конкурентных peuwiuuK он в кольцевых He-Ne/CHj лазерах / И.О. Пониехопгч. И М ."¿»на^ш.-, М.И. Даннлейш и др. // •г.... - "!•••* -">!:;',/•;

¡.о&Ш'Ш I УДНМК itf.'IVK rval!»!.l И bOllMiMi.m. fir. -

" . ■".;.■<: i; ae,!-.;*к ; .--i ■. ac' ; ' Si П. j! : a i;<h!if-o, .'• Kj».'i«j<:y!. л >1. if*-».»-.о, ^ !' И^еаш , / кинклш электроника.- НШ.~ 15, С. 1нКЫ»17.

. ludtut .stabilized Ne-Ne laser a? fi!2 аш with composite resonator / Daniieyko M.V.. Ktavrbuk A.L., Ts«>linko A.M., Yat-мнко L.P. // OpUummt - - «8, N 4.-- P. 2(i3'264.

22. Данилейко М.В., Нечипоренко В.И., Яцепко Л.П. Пролетные эффекты и квадратичный эффект Доплера в спектроскопии насыщенного поглощения и насыщенной дисперги-i. // Квантовая электроника.— 1988.— 15, № 10.— С. 20К; 2029.

23. Данилейко Н.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Теория эффектов пространственной неоднородности в газовых лазерах.— Киев, 1988.— 38 е.— (Препр./АН УССР. Ин-т физики; N 21).

24. Данилейко Н.М., Фаль A.M., Яценко Л.П. Квантовые реперы частоты на основе частотно-модуляционных резонан-сов // Квантовая электроника.— Киев.— 1988.— вып. 34.— С. 51-61.

25. Данилейко Ü.M., Романенко B.I., Яценко Л.П. Ефекти нелшшного фокусування i дефокусування гаусових пучков у газах низького тиску. // Доп. АН УРСР.Сер. А. Фю.-мат. та техн. науки — 1989.— N. 3— С. 56-60.

26. Данилейко М.В., Нечипоренко В.Н., Яценко Л.П. Теория частотно-модуляционных реоонансов в излучении газовых лазеров при произвольном насыщении поглощения. // УФЖ.— 1989.— 34, Ai» 11.— С. 1672-1679.

27. О возможности сужения лннни получения кольцевого газового лазера,'стабилизированного по фазовым резонансам J M.B. Данилейко, A.JI. Кравчук, A.M. Целинко, Л.П. Яценко // Квантовая электроника — 1989 — 16, j\ß 3 — С. 616619.

• » ' .

28. Данилейко М.В., Кравчук А.Л., Целинко A.M., Яценко Л.П. Стабилизированные He-Ne/b лазеры. // Сб. Квантовая электроника.— 1989.— A/S 36— С. 3-19.

29. Качалова И.М., Романенко В.И., Яценко Л.П. Влияние эффектов пространственной неоднородности на асимметрию и сдвиги частотных реоонансов в двухмодовых лазерах. // Квантовая электроника.— 1990.— 17, № 4.— С. 428-434.

¡0. Исследование кольцевого Не—i¥e/129/j лазера, стабилизированного по реоонанеам. насыщенного поглощения на длине волны 633 им/ М.8. Дааалейко, А.Л. Кравчук, A.M. Целин-хо, Л.П. Лценко // Кваатовая электроника.— 1990.— 17, Aft-

I.— С. 8-13.

1. Данилейко М.В., Нечипоренко В.Н., Яценко Л.П. Особенности долевого уашренкя в методе янутркрсвонаторной ЧМ-спггтроскошш. //Квантовал рпехтроняха.— 1990.— 17, А/2

II.—С. 1449-1452.

2. Intracavity freqrrncy-moclalatkei epeciroscopy and its use for frequency stabilization / V.M. Griaenko, M.V. Daaileyko, N.M. Kachalova, V.N.NecbJporaako, A.M.Fal', L.P.Yatsenko // Optics Communications.— 1990— 79, N 1.— P. 51-56.

3. Дакулейко M.B., Нечгтореихв 3.H., Фоль A.M., Яценко Л.П. О предельной раареш&аяцей способности внутрнрезо-наториой лазерная спектроскопия, использующей частотно-модул&шюшше оеоолалсы. // Оптпаа а спектроскопия.— 1991.— 70. Н» 5,— С. 1152-1155.

*

1. Данилейко M.S., HemmeptHwo S.H., Яценко Л.П. Теория вцутрнлопяяровсювй сцгктроскошш трехуровневого газа в пояе чаетотм-ш>д'/лй1юв&шшз бегущей волан. // УФЖ.— 1991 — 36, т 7.— С. 1031-1040.

'». Гриигнкн В.М., Данилейко М.В., Фаль A.M., Яценко Л.П. Згсасримйитальное исследование чувствительности регистрации резонансов насыщенной дисперсии в He-Ne/CH4 лазерах. // Кяантоагя эгкктронййа— 1991.— 18, 1.— С G6-70.

I. Экспериментальное исследование чувствительности регистрации резонансов насыщенной дисперсии в l[e-Ne/CH4 лазерах / Гриненко В.М.. Даиилейго М.В., Фаль A.M., Яценко Л.Н. // Квантовая электроника.— 1991.— 18, Af" 1.— С. 6670.

. Kachalova N.M., Romanenko V.I., Yatsetiko L.P. Resonance lineshape of saturated absorption and saturated dispersion reso-

nances of molecules accelerated in earth's gravity field. //-Laser Physics — 1992.— 2, N 5.— P. 764-769.

38. Danileiko M.V., Romanenko V.I., Yatsenko L.P. On ths ttis^j-of the absorption line shape of a standing wave of arblimy intensity in a low-pressure gas. // Laser Physics.— 1894.— 4, N 2.— P. 369-372.

Список цитованоУ лггератури

[1] Раутиан С.Г., Смирнов Г.И. // ЖЭТФ. 1978. 74. С. 1295.

[2] Bagayev S.N., Chebotayev V.P., Dmitriyev A.K. et al. // Appl.Phys.B. 1991. В52/ P. 63.

[3] Titov A.N.// Opt.Commun. 1982. 43, P. 419.

[4] Cerez Р., Felder R. // Appl.Opt. 1983. 22. P. 1251.

[5] Hall J.L., Borde C.J. // Appl.Phys.Lett. 1976. 29. P. 788.

[6] Ernst G.J., Witteman W.J. // IEEE J.Quant.Elektr. 1973. QE-0, P. 911.

[7] Chartier J.M., Helmcke J., Wallard A.J. // IEEE Trans.on Instrum. and Measur. 1976. IM-32. P. 450.

[8] Капралов В.П., Привалов B.E. // Оптика и спектроскопия. 1983. 65. С. 1101.

[9] Bennet S.3., Cerez Р. // Opt.Commun. 1978. 25. Р. 343.

[10] Багаев С.Н., Дычков A.C., Чеботаев В.П. // Письма в ЖЭТФ. 1981. 33. С. 85.

.Яценко Jl.П. "Резонансные явления в газовых лазерах".

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-латематнческих наук до специальности 01.04.21. — лазерная физика.

1лстнтут физики НАН Украины, Киев, 1995. Диссертация яв-iae-гся рукописью.

Основные результаты диссертации опубликованы в 38 на-"шь»х раоотах и монографии, где исследовано взаимодействие ipot гранствешю неоднородных лазерных полей с газами яиз-ого давления, развита теория газовых лазеров с внутрирезона-орным нелинейным поглощением, изучена форма нелинейных ■езонансов в известных и в предложенных и разработанных но-ых методах спектроскопии насыщенного поглощения, получение результаты использованы для спектроскопии сверхвысоко-о разрешения, стабилизации частоты, разработки лазерных тандартов частотыи для прецизионных физических зкспери-;ентов-

Клк!'нлл слова: газовил лазер, насичене поглинання, насиче-а диеиерпя, нелшйнай резонанс, частотно-модуляц1йна снек-роскошяг, стабшзащя частоти.

Yatsenko L.P. "Resonance phenomena.in gas lasers". The dis-iftatioa oil the application of the degree of a Doctor of physics fid mathematics sciences. Specialization — laser physics 01.04.21. isUrute of Physics of National Academy of Sciences of Ukraine, iov, 1995. The dissertation is the manuscript. . The main results of the dissertation have been published in 38 .ieutific works and the monograph, where the inteiaction of spa-nily iidiomugeueous laser fields with low pressure gases are investi-ited, the theory of gas lasers with iutracavity saturated absorption e developed, the shape of nonlinear resonances in the known and the proposed and deve!«>ped methods of saturated absorption >v"s'ii'oscopy is studied, the obtained results are used lor high res-ution spectroscopy, laser frequency stabilization, design of laser ^queucy standards and for precision physical experiments.

ЯЦЕНКО ЛЕОН1Д ПЕТРОВИЧ

РЕЗОНАНСН1ЯВИЩА В ГАЗОВИХ ЛАЗЕРАХ

Подписано до друку 22.09.95. Формат паверу 60x84/16. Пашр офсетний 72 гр/ы3. Офсеткий друк. Ум.-друк.арк. 3,0 Вид.арк. 2,5. Ъфаж 100. 3Беокоштошю.

1нститут фюикн HAH Укра1вя, BHTI. 252650, Кш'в-28, МСП, проспект Наукп,46.