Самомодуляция и кроссмодуляция чирпированных импульсов: спектральная компрессия сверхкороткого лазерного излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Г мртлшзиъ ь^ чг>в(шзиъ ъишириршазпл,

11 и Ь т

ьрьаиъь -пьвимиъ ¿шштириъ апгрирзиъ ириьъ апитзизг

эьр'чи^лратг ьи"ппл.иъьрг ььеъиипатизизьиъ ь^ мгпииипап^зизьиь. чьрмирй иидьризгч, бигшчизгаииъ и^ы^рш. иьчигшс

11.04.21 - ^шцЬрш^Ъ ф^ц^ш с^[ирш1|шЪ ши1р|гЗш1ф Ьи^уишЪ илрЫли|г1гш!нр

иь'шичьр

ЬРЬ«и1Ъ - 1997

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РА ЕРЕВАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ЗОГРАБЯН АРМЕН ВОЛОДЯЕВИЧ

САМОМОДУЛЯЦИЯ И КРОССМОДУЛЯЦИЯ ЧИРПИРОВАННЫХ ИМПУЛЬСОВ: СПЕКТРАЛЬНАЯ КОМПРЕССИЯ СВЕРХКОРОТКОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

А.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ЕРЕВАН - 1997

Ч|1фш1|шЬ ^ЬЦш^шр4 — ьГшр. Ч-Ьф- рЬЦЪш&т, г^пуЬЪф

Ц. Ги. ' Цшрш^шЪ

'Пш2фп11ш^ш1| рЪг].1}.^ш|ипиЪЬрч ¡¡фц.^шр. цфф. гупЦфпр

"П. и. "Чпцт^шЪ

-1Гшр. ^фф. рЫ^Ъш&т 11.0. ^Хшрц-ш^шЪ

(Лпш^шфшр ЦшцьГш^Ьри^гнр^Ъ'' ¿.¿. ЧИП Зфц^ш^шЪ ЬЬфшцпфшрр1Ы|Ьр|1

_» 1997р. ¿шкГр </—' » Ьркш\ф *ПЬфш1)шЪ ¿иЫш^ишршЪф 049 Иши^шцффшу^шБ |ипрЬрг).|1 ХфифгшТ: ¿ишуЫГ 373046, ЬрЦшЪ, 11. ЦшЪш^шЪ ф. , ,1 , Ь*1^:

ЮпрЬрг>[1 чФф- рЦЪшбт

^фшЦшЪ £шрфгиг[шр~ ¡У / Л II. "Л. £ицшЪршр^1|

иЬцьГшцфрр шпшр4ш& С4 « » 1997р.

Работа вьшолнена на кафедре квантовой электроники физического факультета ЕГУ

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат физ.-ыат. Л.Х. Мурадян

доктор физ.-иат. П.С. Погосян

кандидат физ.-иат. А.О. Варданян

наук, доцент

наук

наук

Ведущая организация: Институт физических исследовани£<ЗАН РА.

Защита состоится

1997 г. в "/-*' часов

на заседании Специализированного Совета 049 при Ереванской Государственной Университете по адресу: 375046, Ереван, ул. А. Манукяна, 1, ЕГУ. С диссертацией можно ознакомиться в Оиб®ютеке ЕГУ.

Ученый секретарь ^^г/^// канд. физ.-иат. наук

Специализированного Сов&Та В.П. Калантарян

Автореферат разослан " / _ ^ У/_у® . " 1997г.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В последние года оптические явления типа преобразования амплитудной модуляции в фазовую (АМ-ФМ) и наоборот (ФМ-АМ), широко применяются в физике сверхкороткого лазерного излучения. Так, формировавшаяся в 80-ые годы техника волоконно- оптической компрессии (ВОК) импульсного излучения, основанная на ФМ излучения в одномодовом волоконном световоде (ОБО) и АМ в дисперсионной среде, позволяет довести значение коэффициента сжатия до ~10э и формировать импульсы с экстремально малой, для оптического диапазона длин волн, длительностью. Благодаря технике ВОК в принципе обеспечивается переход в фемтосекундную область длительностей.

Выявленный в 1991г. режим самосинхронизации мод в активном элементе А120з:Т13* (сапфир с титаном) также основан на временной и пространственной ФМ излучения в активном элементе с последующей временной АМ в дисперсионной линии задержки (ДЛЗ). Открытие этого режима обеспечивает возможность прямой генерации сверхкоротких импульсов (СКИ) фемтосекундной длительности и практически решает задачу формирования СКИ в новом временном масштабе.

Переход в новый временной диапазон приводит к появлению новых физических и технических задач, направленных на разработку систем сверхбыстрого управления и регистрации со сверхвысокой временной разрешимостью. В связи с этим, исследования процессов самомодуляции (СМ) и кроссмодуляции (КМ) СКИ входят в новый этап развития.

В настоящее время успехи лазерной техники в области генерации СКИ неоспоримы. Существенно продвинуты и исследования, направленные на контроль и регистрацию параметров СКИ. Вместе с тем, при всем многообразии исследований в данных областьях, возникает ряд важных нерешенных вопросов. Кратко остановимся на них.

Техника ВОК позволяет перекрыть весь пико- фемтосекундный диапазон длительностей СКИ. Для сжатия чирпированных в нелинейной среде СКИ используются ДЛЗ на основе дифракционных решеток и призм, паров металлов с резонансом вблизи линии

излучения, интерферометра Фабри-Перо, кристаллов с нелинейной дисперсией и т.д. Несмотря на обилие разновидностей таких устройств, область групповых задержек в оптическом диапазоне длин волн практически ограничивается значениями дг^Юпс, что в свою очередь ограничивает возможности методов регистрации параметров СКИ и управления ими, основанных на процессах типа АМ-ФМ/ФМ-АМ конверсии.

В многочисленных исследованиях по управлению параметров СКИ широко обсуждаются проблемы управления длительностью и мощностью СКИ, стабилизации излучения. Между тем, слабо освещены вопросы контроля и управления спектральных характеристик СКИ. В исследованиях по фазовой само- и кроссмодуляции излучения практически не изучено поведение лазерных СКИ с начальным чирпом.

В исследованиях процесса взаимодействия излучения с веществом важным параметром СКИ является его временная форма. Несмотря на обилие нелинейно- оптических методов определения формы СКИ, нерешенной остается проблема прямой регистрации временного профиля одиночного СКИ малой длительности.

Сформулированные выше нерешенные вопросы определили тему данной диссертационной работы, включающий в себя ряд актуальных задач:

1. Исследование возможностей управления длительностью и формой СКИ в линейных оптических системах.

2. Исследование специфики процессов само- и кроссмодуляции СКИ с исходным отрицательным чирпом- в средах с керровской нелинейностью.

3. Исследование возможностей реализации Фурье преобразования с помощью оптических процессов типа АМ-ФМ/ФМ-АМ конверсия.

Основным методом исследований является физический эксперимент. Для интерпретации результатов проводятся сравнения с численными и теоретическими исследованиями, проведенными в лаборатории кафедры квантовой электроники ЕГУ соавторами [1,4,10,12].

Целью диссертационной работы является:

1. Исследование процессов дисперсии и дифракции СКИ для

создания линейно-оптических систем формирования импульсов заданной длительности, формы и фазы (чирпа). Разработка соответствующих лабораторных систем в субнаносекундной области длительностей СКИ.

2. Экспериментальные исследования процесса фазовой самомодуляции чирпированного излучения в ОВС, направленные на выявление возможностей управления спектральными характеристиками СКИ: экспериментальные исследования процесса сужения спектра пикосекундного излучения- Создание лабораторного варианта спектрального компрессора.

3. Теоретический анализ и экспериментальные исследования процесса фазовой кроссмодуляции СКИ в нелинейной среде керровского типа, направленные на разработку методов регистрации временных параметров излучения со сверхвысоким разрешением.

4. Теоретические и экспериментальные исследования возможностей частотной перестройки излучения в процессе спектральной компрессии.

Научная новизна.

1. Проведены первые экспериментальные исследования процесса спектральной компрессии пикосекундных импульсов. Продемонстрировано явление сжатия спектра СКИ второй гармоники пикосекундного УАС:Ш лазера с пассивной синхронизацией мод. Выявлено важное характерное свойство спектральной компрессии, состоящее в селекции СКИ с оптимальным для процесса значением пиковой интенсивности среди группы импульсов. Показано, что увеличение средней интенсивности излучения ансамбля СКИ приводит к насыщению значения степени сжатия.

2. Проведен анализ процесса спектральной крмпрессии с помощью фазовой КМ (ФКМ) исследуемого излучения в поле опорного излучения. На основе анализа, экспериментально продемонстрирован режим ФКМ спектрального компрессора, при котором поле входного излучения воспроизводится Фурье-образом выхода: осуществляется нелинейно- оптический процесс Фурье- преобразования.

3. На основе проведенных исследований, экспериментально продемонстрирована перестройка линии излучения исследуемых СКИ в спектральном компрессоре при ФКМ, в зависимости от временного

- б -

смещения исследуемых СКИ по отношению с опорными СКИ.

Практическая ценность работы.

Проведенные в диссертационной работе исследования расширяют возможности техники управления и регистрации параметров СКИ. Предложенные дисперсионные линейные среды могут быть использованы для получения импульсов заданной длительности в области сотен пикосекунд.

Предложенный спектральный компрессор может применяться в различных лазерных системах с целью управления и стабилизации спектральных характеристик СКИ. Выработаны практические рекомендации для оптимизации процесса спектральной компрессии.

Предложенный ФКМ спектральный компрессор может применяться для прямой регистрации временной формы СКИ. Независимость интенсивности волны накачки от параметров исследуемых СКИ позволяет регистрировать слабые оптические сигналы, сильно деформированные вследствие взаимодействия с веществом.

Возможность тонкой частотной перестройки спектральной линии излучения в ФКМ спектральном компрессоре может быть использована в исследованиях резонансного взаимодействия излучения с веществом.

Защищаемые положения.

1. Созданы линейные оптические системы для формирования импульсов заданной длительности в пико- субнаносекундном диапазоне, на основе процессов дифракции и дисперсии СКИ. Экспериментально получено удлинение в указанном диапазоне длительностей СКИ второй гармоники излучения пикосекундного УАС:Ш-лазера. '

2. На базе обычных устройств БОК - ДЛЗ и ОВС, создана система спектральной компрессии пикосекундных СКИ. Продемонстрировано явление спектрального сжатия СКИ второй гармоники излучения пикосекундного УАС:Ш-лазера с пассивной синхронизацией мод. Выявлено характерное свойство спектральной компрессии, состоящее в "селекции" СКИ с оптимальным для процесса значением пиковой интенсивности среди группы таковых.

3. На основе анализа процесса спектральной компрессии выявлен ее специальный режим, при котором поле входного

- г -

излучения воспроизводится Фурье-образом выхода и, таким образом, имеет место нелинейно- оптический процесс Фурье-преооразования: спектральные распределения интенсивности выходного излучения повторяют временные распределения интенсивности входного поля.

4. Предложена и апробирована модифицированная схема спектрального компрессора, где гашение чирпа, приобретенного сигнальной волной в ДДЗ, происходит путем ФКМ в ОВС (ФКМ спектральный компрессор). Экспериментально продемонстрировано явление репродукции времешюй огибающей специально формированных двухпиковых импульсов второй гармоники излучения пикосекундного УАС:Ш-лазера в ФКМ - спектральном компрессоре. Экспериментально получено смещение спектральной линии излучения исследуемой волны в процессе ФКМ, при временной задержке между исследуемым и опорным импульсами.

Апробация.

Результаты работы докладывались на конференции по лазерной физике и нелинейной оптике (Аштарак, Армения 1994г.), на 13-ой международной конференции по лазерному взаимодействию и плазме ЫКРР'97 (Монтерей, США, 1997г.), научных семинарах кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета МГУ и кафедр квантовой электроники и оптики ЕГУ.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад соискателя

в работах по теме диссертации, состоит в создании экспериментальной лазерной установки, в проведении экспериментальных исследований, обработки данных и интерпретации результатов методами численного эксперимента.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на 111 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунка и библиографию,

включающей 106 наименований (всего 123 листа).

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность теш, дан обзор литературы и сформулирована цель диссертационной работы. В конце введения приведена структура диссертации, ее краткое содержание, места апробации и список публикаций по теме работы.

Первая глава посвящена экспериментальным исследованиям процессов дисперсии и дифракции СКИ в линейных дисперсионных системах, с целью создания линейно-оптических систем формирования импульсов заданной формы, фазы (чирпа) и длительности в области сотен пикосекунд.

В п.1.1. предлагается схема эффективного решеточного компрессора для получения импульсов заданной длительности и фазы в пико-субнаносекундном диапазоне.

В основе предлагаемой схемы лежит идея сокращения базы традиционного компрессора Треси (пара дифракционных решеток), с помощью помещенной между решетками компрессора оптической системы, состоящей из короткофокусной отрицательной и длиннофокусной положительной линз. Система настраивается в "субтелескопический" режим: расходимости пучка на входе Д61 и на выходе Д62 равны дб1=д92=де. Значение увеличения оптической системы определяется как Н=Бг/Б1, где Б2 и соответственно поперечный размер пучка до и после оптической системы. Очевидно, что такой компрессор аналогичен компрессору Треси с базой В«Б2/де, и следует ожидать существенного сокращения базы компрессора с оптической системой.

Проводится анализ возможности применения, для расчета параметров оптической системы, аппарата матричной оптики, основанный на параксиальном приближении. Для времени группового запаздывания СКИ ДТ в компрессоре получено:

тЛсГ1В2

ДТ= -

СхСОЭб

где ш- порядок дифракции. А.- длина волны излучения, й-постаянная решетки, е- угол отражения излучения от решетки, с-скорость света.

С учетом того, что для компрессора с оптической системой база В' определяется практически только расстоянием между линзами э, В'из, для значения выигрыша в базе К по отношению к базе традиционного компресора В, получено

в в Г^ЛАсГ1 -Б^онО

К=— «---=Г2—---—'--------(2),

В' э 2 ^ЛАсГ1 )

где Г и Г - фокусные расстояния линз оптической системы.

В п.1.2. приводятся результаты экспериментальных исследований процесса дисперсионного удлинения СКИ в усовершенствованном решеточном компрессоре с оптической системой.

Апробирован лабораторный вариант предложенной системы на базе "четырехпроходной" схемы компрессора 'Греси с призмой "крышей" и возвращающим зеркалом. Экспериментальные исследования проводятся на установке, состоящей из трех основных частей - задающего пикосекундного УАС:Ш генератора, оптического компрессора и системы регистрации.

В исследованиях используется вторая гармоника (ВГ) основного излучения. Параметры излучения на выходе из генератора следующие: длительность СКИ А1о„25пс, энергия в цуге ,5мДж, спектральная ширина линии ВГ на Л=0,532мкм ЛА,-0,21А. Фокусные расстояния линз оптической системы составляют г =-12см и 12=100см. В эксперименте предусмотрены измерения как временных, так и спектральных параметров излучения на входе в систему и на выходе из нее. Система регистрации, в соответсвии с этим, построена на базе коррелятора и инерферометра Фабри-Перо.

В усовершенствованном компрессоре экспериментально получено дисперсионное удлинение СКИ до Д1;~130пс, в хорошем соглассии с теоретической оценкой. При этом коэффициент выигрыша в базе достигает значения К~800.

Далее, для удобности в пользовании предложенным

компрессором, приводятся кривые зависимости времени группового запаздывания ЛТ от увеличения оптической системы N. при разных углах дифракции 6, и зависимости времени группового запаздывания дТ от угла дифракции 0 при разных значениях N.

П.1.3. посвящен экспериментальным исследованиям процесса отражения пространственно уширенного в горизонтальной плоскости пучка от дифракционной решетки, направленным на разработку формирователя импульсов заданной длительности. На основе явления наклонения амплитудного фронта СКИ при его отражении от решетки в ненулевом порядке дифракционного максимума, и вследствие этого удлинения СКИ, создан и апробирован формирователь импульсов заданной длительности в области сотен пикосекунд.

При дифракции на решетке компоненты углового спектра СКИ преобразуются таким образом, чтобы Л8/Д7=-соз7/соз9 в соответствии с основной формулой решетки. Здесь 7 и 6-соответственно углы падения и отражения СКИ от дифракционной решетки. Различные частотные компоненты излучения испытывают дополнительное угловое отклонение де—тЛсГ1 (с*соз0)-1. В результате отраженный импульс приобретает поперечную групповую задержку ДТ=атАсГ1/(с*соз6), где а- поперечный размер пучка до отражения от решетки.

Экспериментально продемонстрировано увеличение длительности СКИ УАС:Ш лазера до Дt=150пc в автоколлимационном режиме (когда 7=0) дифракции на решетке с постоянной (Г1=600мм~1, при диаметре лазерного пучка а=3см.

Вторая глава посвящена первым экспериментальным исследованиям процесса самомодуляции чирпированного излучения в ОВС, направленным на выявление возможностей управления спектральными характеристиками СКИ.

В п.2.1. приведено развитие идеи ВОК на основе обратимости процесса и спектрально- временной аналогии, что приводит к выявлению возможности сжатия спектра СКИ. Спектральный компрессор состоит из обычных устройств ВОК - ДЛЗ и ОВС. В ДЛЗ СКИ удлиняются, получая отрицательный линейный чирп. Последующее распространение СКИ в ОВС, как в среде с кубической нелинейностью и дисперсией, приводит к гашению чирпа при

практически неизменной форме СКИ, и к сжатию спектра.

Далее приведена математическая модель описывающая процесс, обсуждены вопросы адекватности описания. Математическое описание самовоздействия излучения в ОВС, который выступает в качестве среды с керровской нелинейностью и дисперсией, сводится к нелинейному уравнению Шредингера для комплексной нормированной медленно меняющейся амплитуды световой волны А(С.т)):

ОА , вгА 1 - = - 1 - +- К | Л | Л (3).

2 дг}2

В уравнении безразмерные расстояние £=2/Ьд и бегущее время т)=и-г/и)/то нормированы, соответственно, на дисперсионную длиIíy ЬД=%ог/кг и начальную длительность СКИ А^1=1;о2(1п2)1''2, (и - групповая скорость, к2=й2К;/с1ш2, ы-круговая средняя частота излучения, к - волновое число). Параметр нелинейности И определяется как И=Ьд/Ьф, где длина фазовой самомодуляции 1ф= (кп21оГ1 - расстояние, на котором фазовый набег составляет ф=х в центральной части импульса. п2=3,2'10~1<5см2/Вт керровский коэффициент в добавке к показателю преломления ОВС, 10 - эффективное значение пиковой интенсивности.

Анализ уравнения (3) показывает, что для фурье-образп излучения дисперсионная среда служит "фазовым модулятором", а нелинейная среда - "дисперсионной задержкой". Таким образом, вышеописанная система может служить спектральным компрессором импульсного излучения. Об этом можно судить и по факту инвариантности нелинейного уравнения Шредингера (3) по отношению к преобразованиям А->А*.

Далее представлены результаты численного исследования процесса для одиночного СКИ и цуга. На основе численных и экспериментальных исследований выявлено важное характерное свойство спектральной компрессии, состоящее в "селекции" СКИ с оптимальным для процесса значением пиковой интенсивности I в ансамбле СКИ. Показан, что усреднешшй сжатый спектр для группы СКИ с разными значениями 1о по ширине не отличается от таковой для одиночного, вклад СКИ с резко отличающимися от оптимального значениями I сводится лишь к формированию некоторого плато в

выходном спектральном распределении. Показано, что увеличение средней интенсивности излучения группы (цуга) СКИ приводит к насыщению значения степени сжатия.

и.2.2. посвящен описанию лабораторного варианта спектрального компрессора на базе решеточного ДЯЗ и ОВС и методике экспериментальных исследований, использованной для его апробации.

Экспериментальная установка для исследования процесса спектральной компрессии состоит из- трех основных частей -задающего генератора, спектрального компрессора и системы регистрации.

Задающим генератором служит твердотельный УАС:Ш лазер с пассивной синхронизацией мод. Для удобства в юстировке компрессора используется излучение на длине волны Л,=0,532мкм спектральной шириной линии ДЛ.=0,21А.

В эксперименте предусмотрены измерения временных и спектральных параметров излучения на входе в систему и на выходе из нее. Система регистрации построена на базе коррелятора и интерферометра Фабри-Перо. Значения ширины спектральных линий на входе в систему и на выходе из нее определяются путем фотографической регистрации

интерференционных колец и обработкой спектрограмм на микроденситометре "Кэрл-цейсс -100".

Б п.2.3. представлены экспериментальные результаты исследования процесса спектральной компрессии пикосекундных СКИ. Продемонстрировано явление спектрального сжатия СКИ для второй гармоники излучения пикосекундного УАС:Ш-лазера с пассивной синхронизацией мод: исходный спектр излучения шириной в 0,21 А сжат до 0.09А, в хорошем согласии с теорией. На основе численных и экспериментальных исследований получены эмпирические формулы для оптимальной интенсивности излучения в ОВС I и максимальной степени сжатия С«ДЛ, /ДА,:

О то

1С= 0,8т/(1кп2то) (4),

Ст = 1+0,41кп21о (5).

В уравнениях к - волновое число, п2- коэффициент нелинейности кварца, 1- длина ОВС.

Третья глава посвящена теоретическому анализу и экспериментальным исследованиям процесса фазовой кроссмодуляции СКИ в нелинейной среде керровского типа, направленные на разработку устройств сверхбыстрой регистрации и управления оптических сигналов.

В п.3.1. проводится математическое описание процесса фазовой кроссмодуляции СКИ в ОВС и предлагается нелинейно-оптический Фурье- преобразователь, в котором комплексное поле входного излучения полностью воспроизводится Фурье- образом выхода. Для целей регистрации и управления СКИ предложенный процесс обсуждается как в обычной- ФСМ, так и в усовершенствованной ФКМ- схемах спектральной компрессии. В отличие от ФСМ схемы спектральной компрессии, в ФКМ спектральном компрессоре гашение чирпа СКИ, обретенного им в ДЛЗ, осуществляется в процессе его взаимодействия в ОВС с сильной опорной волной. Результаты аналитических исследований подтверждаются проведенными численными исследованиями.

П.3.2. посвящен разработке ФКМ спектрального компрессора, как системы регистрации временного профиля СКИ и тонкой частотной перестройки излучения. Показаны преимущества новой схемы с точки зрения указанных применений.

Экспериментальная установка для апробации ФКМ схемы спектрального компрессора состоит из трех основных узлов: задающего генератора, модифицированного спектрального компрессора и системы регистрации.

В качестве задающего генератора используется твердотельный УАС:Ш пикосекундный лазер. Излучение на основной частоте служит опорной волной, ВГ используется в качестве сигнальной волны.

ФКМ спектральный компрессор состоит из формирователя опорной волны с оптическим усилителем, ДЛЗ для сигнальной волны и ОВС. Физический принцип формирования опорной волны, в данной системе, основан на наклонении волнового фронта излучения при его отражении от дифракционной решетки в ненулевом порядке дифракционного максимума, приводящей к временному уширению излучения. В качестве ДЛЗ для сигнальной волны используется четы-рехпроходный компрессор Треси. В качество фазового модулятора излучения используется четырехметровый кварцевый световод.

одномодовый - на длине волны опорного излучения (А=1,06мкм). При выборе длины ОВС учтена разница групповых скоростей между опорной и исследуемой волнами, что приводит к ограниченности значения длины взаимодействия 1ва.

В начале п.3.3. обсуадены некоторые методические вопросы эксперимента. Далее представлены экспериментальные исследования процесса ФКМ спектральной компрессии, направленные на выявление режимов, когда наблюдается репродукция временной огибающей входных импульсов спектральным распределением выходных.

Измерения проводятся с исследуемыми импульсами с заданным двухпиковым временным профилем, с временными расстояниями ДТ мезду пиками, равными ДТ=28пс, 37пс, 42пс и 70пс. Определение временной огибающей входных СКИ осуществляется переходом со спектральной шкалы во временную с учетом АА./Аг=0.2175[м/с] в кривой выходного спектра исследуемого излучения. Спектральные измерения выходного из системы исследуемого излучения проводятся как в случае взаимодействия с опорной волной, так и в его отсутствии.

Экспериментально продемонстрировано, что временная задержка между опорным и исследуемым импульсами приводит к частотному смещению исследуемого излучения, создавая

возможности, таким образом, для его тонкой частотной перестройки путем простого варьирования значения временной задержки.

В конце каждой главы формулируются выводы.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Для получения импульсов заданной длительности в области сотен пикосекунд предложена и апробированана усовершенствованная компактная ДЛЗ на основе пары дифракционных решеток (традиционный компрессор Треси) и телескопа, помещенного между ними. Экспериментально продемонстрировано дисперсионное удлинение импульсов излучения ВГ УАС:Ш лазера с

пассивной синхронизацией мод от значений длительности Д1;о=23пс до дг=130пс при базе разработанного компрессора Ь.Лм, тогда как в обычных компрессорах ВЛ02м.

2. На основе явления наклонения амплитудного фронта СКИ при его дифракции на решетке, и вследствие этого удлинения СКИ, создан и апробирован формирователь импульсов заданной длительности в области сотен ,пикосекунд. Экспериментально продемонстрировано удлинение СКИ УАС:Ш лазера с синхронизацией мод до длительностей Д1=150пс в автоколлимационном режиме дифракции на решетке с постоянной (1_1=600мм"', при диаметре лазерного пучка Зсм.

3. На базе предложенного усовершенствованного ДЛЗ и формирователя, создана система для получения импульсов заданной длительности в пико - субнаносекундном диапазоне. Система может применяться в задачах по управлению и регистрации параметров СКИ.

4. На базе обычных устройств ВОК создана система спектральной компрессии пикосекундных СКИ, в котором СКИ удлиняются в ДЛЗ, приобретая отрицательный линейный чирп, и их спектр в ОВС сжимается вследствие ФСМ, при практически неизменной форме СКИ, в отличие от временных компрессоров, где спектр излучения уширяется а длительность СКИ уменьшается. Созданный спектральный компрессор может использоваться как для регистрации параметров лазерных СКИ, так и для их стабилизации.

5. Продемонстрировано явление спектрального сжатия СКИ для второй гармоники излучения пикосекундного УАС:Ш-лазера с пассивной синхронизацией мод: исходный спектр излучения шириной 0,21 А скат до 0,09А в хорошем согласии с теорией. На основе численных и экспериментальных исследований получены эмпирические формулы для оптимизации параметров спектрального компрессора.

6. На основе численных и экспериментальных исследований выявлено важное характерное свойство спектральной компрессии, состоящее в "селекции" СКИ с оптимальным для процесса значением пиковой интенсивности I в ансамбле СКИ. Покзано, что

о

усредненный сжатый спектр для группы СКИ с разными значениями 10 по ширине не отличается от таковой для одиночного, вклад СКИ с резко отличающимися от оптимального значениями I сводится

лишь к формированию некоторого плато в выходном спектральном распределении. Показано, что увеличение средней интенсивности излучения группы (цуга) СКИ приводит к насыщению значения степени сжатия.

7. На основе анализа процесса спектральной компрессии выявлен ее специальный режим, при котором поле входного излучения воспроизводится Фурье-образом выхода и, таким образом, имеет место нелинейно- оптический процесс Фурье-прзобразования (НОПФП): спектральные распределения амлитуды и фазы выходного излучения с точностью до масштаба повторяют временные распределения амлитуды и фазы входного поля.

8. Для применения НОПФП в целях регистрации и управления параметрами сверхкоротких сигналов, предложив и апробирована модифицированная схема спектрального компрессора, где гашение чирпа, приобретенного исследуемой волной в ДЛЗ, происходит путем ФКМ в ОВС с мощной опорной волной. В новой схеме спектрального компрессора параметры опорного импульса независимы от параметров сигнального излучения. Это обстоятельство важно для регистрации импульсов, сильно деформированных вследствие взаимодействия с веществом.

9. Продемонстрировано явление репродукции временной огибающей сформированных двухпиковых импульсов второй гармоники излучения пикосекундного УАС:Ш-лазера с пассивной синхронизацией мод. Получены экспериментальные результаты репродукции в случаях временного удаления пиков в 28пс, 37пс, 42пс и 70пс.

10. Экспериментально получено смещение линии излучения одиночного импульса исследуемой волны в процессе ФКМ в поле опорного излучения. Получено частотное смещение исследуемой волны в длинноволновую область на величину 0,1 ЗА.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Т.А.Папазян, Л.Х.Мурадян, А.В.Зограбян, Н.Л.Маркарян "Дисперсионная линия задержки" Авторское свидетельство РА N49, заявка N000027 (1993).

2. Т.А.Папазян, Л.Х.Мурадян, Н.Л.Маркарян, А.В.Зограбян

"Подавление шумов лазерного излучения в спектральном компрессоре" Изв. НАН Армении, Физика, т.27, N3, с.128 (1992).

3. L.Kh.Mouradlan, N.L.Margarían, T.A.Papazian, A.V.Zohrabian "A possibility oí the ultrashort laser pulses temporal envelope registration" Digest of International Conference Lasers'93, MF7, Nevada, USA, (1993).

4. Т.А.Папазян, Л.Х.Мурадян, А.В.ЗограОян, Н.Л.Маркарян, С.П.Ишханян "Решеточный компрессор с оптической системой", Доклады НАН Армении, т.95, N2, с.103 (1995).

5. Н.Л.Маркарян, Л.Х.Мурадян, Т.А.Папазян, А.В.ЗограОян "0 связи между временными и спектральными характеристиками излучения в процессе самовоздействия частотно-модулированных импульсов в одномодовых световодах" Изв. НАН Армении / J. of Contemporary Physics, Физика, т.29, N4, с.126 (1994).

6. L.Kh.Mouradlan, N.L.Markarlan, T.A.Papazian, A.V.Zohrabian "The Reproduction of Ultrashort Optical Pulses Temporal Envelope" Technical Digest of International Conference Lasers'94, TO.5, Canada, (1994).

7. А.В.ЗограОян, Л.Х.Мурадян, Т.А.Папазян "Телескопическая система в оптическом копрессоре" Письма в ЖТФ, т.20, N7 с.71 (1994).

8. А.В.ЗограОян, Н.Л.Маркарян, Л.Х.Мурадян, Т.А.Папазян, "Спектральный копрессор пикосекундых импульсов" Изв. НАН Армении, Физика, т.29, N6, с.246 (1994).

9. А.В.ЗограОян, Л.Х.Мурадян "Сжатие спектра пикосекундных УКИ" Квант.электрон., 22, N11, с.1111 (1995).

10. L.Kh.Mouradlan, T.A.Papazian, A.V.Yavrlan A.V.Zohrabian, "Grating-Fiber Spectral Compressor" Digest of International Conference Lasers'95, MH.7, South Carolina, USA, (1995).

11. L.Kh.Mouradlan, A.A.Ohanian, T.A.Papazian, A.V.Yavrlan, and A.V.Zohrabian "Spectral compression: nonlinear optic process of time to frequency conversion" Digest of IX International Symposium UPS'95, ThP1, Trieste, Italy, (1995).

12. A.V.Zohrabian, A.A.Kutuzian, V.J.Nlnoyan and L.Kh.Mouradlan "Spectral compression of picosecond pulses by means of cross- phase modulation" Abstracts of 13 Int. Conf. LIRPP'97, Monterey, USA.

Sfipujuillnptllljfr |lJu{nL^uLbp[l flllJ)llUllJni}.nilJUiyflUjll bl[ tjpnuu Jni}nLljllllj|lUlll. (}ЬрЦшр8 lUII{bpUlj[)ll 2juinuit|.uijpiluill UO)bljippm[ ubl^lJnLlf|1

UU«Wl<ttJ9hP

l^bliuifununipjniljp bi|fipi(iu5 t ЦЬгф ф[тф n¿q.6uij|ilj LTJijmilmjpniif [Ш-i{bpuij|ib q.bpl|uip8 {иГицпциЪЬр Ji СЧМГО r>ligljuiJni).nL|juiy|iujj|i bi[ l^pnuuJn-i}ni|juiytiiujfi bpLmjplibp|i фпрДшршрш^шЪ ЬЬфШцпфгир^Ър, |ib¿ujbii Ьшк q.&uij|ib oujip|il{uil{UjL Ьш Juil)iupq.bpm J иф|{п— unipbiijbnL|mjpl4juibujj(ib фЬпцтр-juiiTp jiJu|ni[uljbp}i ¿LiuilnpiTuibii :

lÍ2tuu,4,u|1J6nl1^ ифшу^Ц bb ЬЬфЬ^иц uipq.jnibgbbp[i :

¿uipjnipuii[np uj|iljni[uijpljjuili ipUni^nLpjmJp (иГицш^иЪЬр^ ифшу>1шЬ 1ш)ш-Ц1ш|^п|| шпш^шр^ш} ti фпрдшр^шб t ^шфшрЦшц-лрбфиб Ijnifujuj^ip rjfiuu^bp-u(inli Ьши^шф/шЪ q.[i5: ""tfiíjjpuiljyfinb ymbyfiy шЪ^рш^шпЪшфи ЧМГ1 ил/и^фш-ryujjJib pbgiTujb bpLmj[»(i |ф|ГшЬ i(pui ифЬг^б^шЬ U фпр&шр1)1|ш& t

hLupjnipuJi|np u)|il)nilujjpl)jiiiLiuj|ili ф|1рп1_|[}ЛиХ |иГи|т[иЪЬр|1 ¿U.uii]np|i¿:

Ршушиш^шЬ ¿fipujni( 4Lih фпцш^Ь fibgbui Jnr^ru|jujyfiLijjti iijpnybufi флрДшршршЦшЪ ЬЬфшцпфтр^1ЬЪЬр|) hfiifujb 4РШ T-buiqbpuJiiilí ЬшщшгцГшЬ q.fi5 + ои|ф}1ЦшЦшЪ Jujbpiupbi ЬилГшЦшр^лиГ с^ршЬу^шб £ ии^ЬЦфрш^ иЬг[|/|ХшЪ

bpb.ni JPP : k фпр4шр1)фи5 С u||il{ni]uijpl4juibujj|ib fiifi^ruiubbpfi

ищЫ^фриц ubr^J[i¿:

fôiluij|ib ^ ЬвищЬр^ЬЪфиц ЬЬфшцпфгир^1ЬЬЬр|1 hfiJiub 4рш puiyui-huj^ijuii t ищЫ^фрш[ ubr^JJmti u|pnybu|i "иЬ[Ы)ф|и1" hu^ljni|»jnib|i 4Uf>-fi tubuuiJpiniif ицрлуЬи)) hmJuip ou^|iJuji [1ЬфЬЬи|и(тр]шЬ umuji|biujq.rujb uipd-b-g(i btju^iJiijJp: Snijy t фр|[шб, np 4l4h-bp(i uibuuiJp|ji J(i«¡fib |1ЬфЬЬи|1-i|nipjLiib ujpébgfi ilbSiuyiiuib i}bu|gniiT иЬц|ЫшЬ ¿шфр "Ншц.ЬЪпиХ" С:

ии|ЬЦфрш^ ubqifJuib ufpnybuji ЬЬфшцпфйшЬ hjiiJujb i|puj ршушЬш]ф|(ш5 t ujpnybu|i НшфтЦ nbdjiiT|!, bpp Jn^giuj|ib Üuimui|.uijpJuib ljnJu(|b£u >|ш2фр ^Ьршрфшгур^пиГ С Ьрш bjgujj[ib г).ш2фЬ 3>nipjfc и|шфЦЬрп|(: Sbrjji С nibbbniJ ¡bntpjb ábu^nfunipjujb n¿q.5uij|ib-0u^fitjuil(ujb ujpnybu:

4l<h-bp|i и{шрш11ЬфрЬр|1 <}puibyiXuib U. ^ЬЦш^шр Jiub (-ubr^fipbbpmiJ 9>rupjb ¿Itu^nfuntpjuib n¿q.5iujfih—ои{ф[1^ш1|ш1| tqpnybufi aciipujq.npâJiuh Lujuqiiu(|m( U. фпр&шрЦ||ш& t ЦшфшрЬ^шц-пр&^ш^ фп^ш^Ь l^pnuui/nq-nt^— jiuy|inb ии)Ы)фрш[ ubqJt'íh ujubilui: Ъпр u|ubJujb |i фшррЬргир^Ь ип({пршЦшЪ|1, Цшрп1\ t l^puini[bl Jfijmilmjpfi ЬЬф фп^шцгуЬутр jiub ЬЬфЬ.шЬрт| nid-bq |}Ьфпр Jiiiyl|ui6 4L|h-bp[i ^ршЬуиГшЪ hmJwp:

Onnmj(iL Црпии Jnr}niymy[inli ии|Ь1|фрш1 ubi\J|i¿niiI t;^uujbp}i ^ЬЪфш^ q.pmliyi{mS t шц^шЪзшЪш^Ъ ищЫ|фрш^ q.Sfi 2b<inLif[¡

a^шJd'шlJШl^npl^шS ЪЬутЦ U )iJujni[u1jbp|i Jfijfib

d-mLTmbmljLiJjtiL Ьши^ш1||1ш|1р: ^