Управление пространственно-временными характеристиками излучения импульсно-периодических твердотельных лазеров с обращающими волновой фронт зеркалами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ им А М ПРОХОРОВА

На правах рукописи УДК 621 373 826 038 825

Туморин Виктор Владимирович

УПРАВЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ С ОБРАЩАЮЩИМИ ВОЛНОВОЙ ФРОНТ ЗЕРКАЛАМИ

(01 04 21 - лазерная физика)

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2007

003178002

Работа выполнена в Институте общей фнзпкн имени А М Прохорова Российской академии наук

Научный руководитель доктор физико-математических наук

Ильичев IIН

Официальные опоненты доктор физико-математических наук

Цветков В Б

кандидат физико-математических наук Ерохин А И.

Ведущая организация Научно-исследовательский институт

ядерной физики имени Д В Скобельцына Московский государственный университет имени М В Ломоносова

Защита состоится " _200 р- года в 15 часов на заседании

диссертационного совета Д 002 063 03 Института общей физики РАН по адресу 119991, Москва, ул Вавилова, 38

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института общей физики РАН

Автореферат разослан

2007г

Ученып секретарь диссертационного совета

кф-мн ТЕ Воляк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Интерес к созданию мощны?, высокоэффективных лазерных систем с предельно низкий расходимостью выходного излучения обусловлен перспективами их использования в различных областях науки и техники К числу таких приложений можно отнести лазерно-плазменную рентгеноскопию и микролитографию, локацию и д ¿станционное зондирование, лазерную медицину и др

Среди всего разнообразия лазеров большое распространение получили твердотельные системы на неодимосодержащих средах благодаря их компакгно-сти, надежности е работе и простоте эксплуатации Однако именно твердотельные ла$ерные среды подвержены значительным термооптическим искажениям, возникающим в них под воздействием мощного излучения накачки, что приводит к снижению яркости и ограничению средней мощности выходного излучения Поэтому при создании мощных лазерных систем часто используются кри-сталличесьие лазерные среды, тавие как иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), ортоалюминат ит-рия (УАЮ3), обладающие высокими термооптическими свойствами Вытеснение ламповых систем накачки полупроводниковыми способствует снижению тепловыделения в объеме активной среды и пэвышению качества выходного изгучеяия твердотельных лазерных систем Однако излучение лазеров с мощной диодной накачкой также подвержено влиянию фазовых и поляризационных искажений

Открытие эффекта обращения волнового фронта (ОВФ) излучения при вынуждешом рахеянии Манделынтама-Бриллюэна (ВРМБ) [1,2] послужило толчком к началу исследований по созданию адаптивных ла:ерных систем, позволяющие компенсировать искажения волнового фронта излучения в схемах многопро>одсвы> лазерных усилителей Пороговый характер ВРМБ позволяет получать и таких системах мощные импульсы наносекундного диапазона длительности с высэким временным контрастом выходного излучения Однако вопросу о возможности получения импульсов микросекундного диапазона длительностей в схемах многопроходовых лазерных усилителей с ВРМБ-зеркалами уделялось существенно меньше внимания Хотя для многих технологических и медицинских приложений представляет интерес создание л а: еров с низкой расходимостью выходного излученил, работающих при высоких частотах повторения импугьсов мнкросекундного диапазона длительностей

Одним из способов повышения средней мощности и энергии излучения лазерных устанонок > вляется использование крупноапертурного активного эле-

мента (АЭ) пластинчатой формы К мо\ енту начала наших исследований было создано лишь несколько таких установо < на неодимовом стекле, в которых для увеличения яркости выходного излучен:-м использовались ВРМБ-зеркала [3,4] Использование кристаллических лазерных сред позволяет существенно увеличить среднюю мощность выходного излучения таких лазеров

/

В последнее время все большее внимание уделяется методу ОВФ при вырожденном по частоте четырехволновом смешении (ВЧВС) непосредственно в активной среде лазера [5,6] Основным типом нелинейности в этом случае является нелинейность усиления лазерной ср<;ды К достоинствам этого метода относится возможность создания самостартующих голографических лазерных систем, в которых запись решеток насыщенного усиления в начальный момент времени осуществляется под действием самосогласованного поля излучения суперлюминесценции [7] Для увеличения эффективности генерации таких систем в петле обратной связи резонатора часто используется невзаимный эцемент на вентиле Фарадея, обеспечивающий увеличение контраста интерференционной картины пучков, поддерживающих рост решеток насыщенного усиления [8]

Генерация возможна и в голографических лазерных системах без невзаимного элемента в петле обратной связи ["'] Развитие генерации в этих системах может быть объяснено существованием фазовой составляющей решетки инверсной населенности [9] Среди причин, приводящих к возникновению фазовых решеток, можно назвать светоиндуциротанное тепловыделение в объеме активной среды и разность поляризуемостей основного и возбужденных состояний ионов активатора При достаточно высокой дифракционной эффективности фазовой составляющей решетки инверсюй населенности в лазерной среде возможен процесс вынужденного резонансного рассеяния [10], приводящий к образованию положительной обратной связи в петлевом резонаторе голографическо го лазера

Результаты исследований фазовых решеток при многоволновых взаимодействиях в лазерных средах, проводимых с использованием зондирующих пучков на нерезонансной частоте излучения, дают существенный разброс относительной дифракционной эффективности фазовой составляющей решетки инверсной населенности [11,12] Этот разброс может быть объяснен зависимостью разности поляризуемостей основного и зозбужденного состояний иона активатора от частоты зондирующего излучения При исследовании дифракционной эффективности решетки инверсной населенности методом ВЧВС на резонансной частоте [13] встает проблема разделения вкладов решеток насыщенного

усиления и изменения показателя преломления Поэтому для изучения природы решеток при ВЧВС в лазерных средах ,негуальной является разработка методики прямого определения соотношения дифракционных эффективностей амплитудной и фазовой составляющих решетм инверсной населенности на частоте лазерного перехода

Цель работы

Целью диссертационной работы является создание импульсно-периоцических лазеров с ОВФ-зеркалими с расходимостью выходного излучения близкой к дифракционной, работающих в широком диапазоне длительностей импульсов выходного излучения, изучение природы решеток, возникающих в лазерных средах при ВЧВС на резонансной частоте излучения и исследование причин возникновения положительной обратной связи в схемах гологра-фических лазеров на решетках насыщенного усиления с взаимными петлевыми резонаторами, а также разработка методов модуляции добротности резонаторов таких лазеров

Научная новизна

1 Показано, что для получения в схеме двухпроходового лазерного усилителя с ВРМБ-зеркалом импульсов излучения большой длительности с гладким временным профилем необходимо выполнение следующего условия

4 = С<1, где К- насыщенный коэффициент отражения ВРМБ зеркала, /Г, -

плотность энергии насыщения лазерной среды, 5 - площадь сечения усиливаемого лучка, IV,н - порог ВРМБ по мощности, ; - длительность импульса усиливаемого излучения, в - коэффициент усиления слабого сигнала усилителя на один проход Наиболее простым способом изменения параметра £ является изменение насыщенного коэффициента отражения ВРМБ-зеркала К путем установки перед ВРМБ-зеркалом дополнительной поляризационной развязки

2 На основе эффекта Тальбота разработана методика определения отношения дифракционных эффективностей амплитудных и фазовых динамических решеток в нелинейных средах Проведенные на основании этой методики эксперименты показали преимущественно амплитудный характер решетки инверсной населенности в кристаллах ИАГ N(1 и УА103 N<1 В то же время полученные временные зависимости амплитуд фаювой и амплитудной составляющих решетки свидетельствуют о существенной роли долгоживущих температурных

решеток при стационарных вырожденных взаимодействиях в насыщенных лазерных средах

3 Разработана теоретическая модель образования температурных решеток при ВЧВС в неодимовых лазерных средах, учитывающая как переходы под действием излучения накачки, так и переходы с верхнего лазе оного уровня (из-лучательные и безмзлучательные). Расчеты, проведенные по'э' ой модели, хорошо согласуются с полученными экспериментальными результатами

4 На основании численного моделирования проанализированы причины, приводящие к образованию положительной обратной связи во взаимных петлевых резонаторах голографических лазеров на решетках насыщенного усиления Показано, что развитие генерации в таких лазерах происходит при неполном обращении волнового фронта излучения, падающего на четырехволневое зеркало Кроме того, режим генерации таких лазеров в сильной степени зависит от оптической схемы петлевого резонатора Результаты проведенные экспериментов согласуются со сделанными теоретическими выводами

5 Разработаны методы модуляции добротности взаимных петлевьк резонаторов голографических лазеров на решетках насыщенного усиления гри помощи насыщающегося поглотителя, установленного в пересечении внутрирезо-наторных пучков, а также при помощи внешнего ВРМБ-зеркала

Практическая значимость работы.

1. Разработана лазерная система с двухпроходовым усилителем на YAIO3 Nd и с ВРМБ-зеркалом, позволяющая получать падкие импульсы выходного излучения длительностью 150 нс и энергией до 100 мДж

2. Разработана схема многопроходового лазерного усилителя на активных элементах из ИАГ Nd цилиндрической формы с ВРМБ-зеркалом, позволяющая получать мощные импульсы выходного излучения энергией дзо 0 45 ,Цж и длительностью 3 не пр и частоте следования импуггьсов 5 Гц

3 Создан импульсно-периодический твердотельный лазер (ИПТЛ) на пластинчатом активном элементе из YAIO3 Nd с; характерна иками выходного излучения энергия в импульсе - до 3 6 Дж, длительность импульса по полувысоте - 6 не, расходимость излучения - 1 5 дифракционных предела, частота повторения импульсов - до 3 Гц.

4 Создан ИПТЛ с самонакачивающимся четыре,свол новым и ВРМБ-зеркалами, выполненный на одном цилиндрическом астивиом элементе из YAIO3 Nd, с энершей импульса выходного излучения 250 мДж при частоте

следования импульсов 1 Гц и 160 мДж при частоте 10 Гц Расходимость выходного излучения была менее 2 дифракционных пределов

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Использование дополнительной поляризационной развязки, уменьшающей насыщенный коэффициент отражения ВРМБ-зеркала, позволяет в схеме двухпроходвого лазерного усилителя с ВРМБ-зеркалом получать импульсы выходного излучения длительностью более 100 не с гладкой временной формой

2. В лазерной схеме с крупноапертурным пластинчатым активным элементом из УАЮз.Ш и ВРМБ-зеркалом получены импульсы излучения с энергией 3 6 Дк при расходимости выходного гучка, равной 1 5 дифракционным пределам

3 Разработанная экспериментальная методика позволяет проводить прямые измерения отношения дифракционных эффективностей амплитудной и фазовой составляющих решетки инверсной населенности на резонансной частоте излучения с точностью ±0 1

4 Относительная дифракционная эффективность фазовой составляющей решетки инверсной населенности в кристаллах ИАГ N(1 и УАЮэ'Ш зависит как от условий ламповой накачки, так и от длительности импульсов взаимодействующего излучения и в условиях наппгх экспериментов не превосходила значения 0 3

5. Тепловая нелинейность играет существенную роль при стационарных многоволновых смешениях в неодимовых лазерных средах в случае, когда пучки взаимодействующего излучения перес« каются в лазерной среде под небольшим углом (1-5 мрад) Полученная теоретическая зависимость амплитуды температурной решетки от амплитуды решетки усиления хорошо согласуется с экспериментальными данными

6 Развитие генерации во взаимном петлевом резонаторе топографического лазера на решетках усиления происходит при неполном обращении волнового фронта излучения, падающего на четырехволновое зеркало, и в некоторых оптических схемах таких лазеров затруднена генерация одномодового, одночастот-ного излучения

7 Использование пассивного модулятора добротности, помещенного в пересечение внутрирезонаторных пучков, и внешнего ВРМБ-зеркала позволяет повысить эффективность работы голографического лазера на решетках усиления с взаимным петлевым резонатором В схеме лазера-генератора с ВРМБ- и само-

накачивающимся четырехволновым ОВФ-зеркалами при использовании одного активного элемента из YAlC^Nd получены в импульсно-периодическом режиме мощные импульсы излучения модулированной добротности с расходимостью менее 2 дифракционных пределов

Апробадия результатов работы /

Основные результаты работы догадывались на VI Междисциплинарной конференции по лазерной физике, г Миннеаполис, США, 1990, 9-ой международной конференции "Оптика лазеров", г Санкт-Петербург, 1998 г, тематическом семинаре «Сильные лазерные поля- источники и физика взаимодействия с веществом», 29 - 30 ноября 2004 г, ИПФ РАН, Нижний Новгород; 12th International Laser Physics Workshop (LFHYS'03), August 25-29, 2003, Hamburg, Germany, 15th International Laser Physics Workshop (LPHYS'06), July 24-28, 2006, Lausanne, Switzerland

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в 9-и статьях, 1-м препринте и 3-х тезисах докладов на перечисленных выше конференциях.

Список публикаций по материалам работы.

1 Pashinm Р Р, Tumorin V V, Sidonn V S , Shklovsky I J "A Nd'YAP laser incorporating slab amplifier and phase-con ugating mirror". Bulletin of the American Physical Society, vol 35, № 7, p. 1515,1990

2 П П. Пашивин, В С Сидорин, El. В Туморин, Е И Шкловский "Им-пульсно-периодический лазер на ортоалюминате итрия с пластинчатым усили-

„телеад", Квантовая электроника, 1991, т 18, №11, с 2070-2073

3 Tumorin V V, Shklovsky I J "Generation of long laser pulses in the scheme of double-pass amplifier with SBS mirror' Optics Communications, 1995, v 120, p 303-306

4 Э В Воскобойник, А В Кирьянов, П П Пашинин, В С Сидорин, В В. Туморин, Е И Шкловский "Импульсно периодический YAG'Nd-лазер с ВРМБ-зеркалом" Квантовая электроника, 1996, т. 22, № 1, с 33-35.

5 П П Пашинин, В С Сидорин, В. В Туморин, Е И Шкловский "Ллазер с ВРМБ- и самонакачивающимся ОВФ-зеркалами" Квантовая электроника, 1997, т 24, № 1, с 55-56

6 П П Пашинин, В В Туморин, Е И. Шкловский "Пространственная структура основной моды петлевого резонатора с голограммами на решетках усиления" Квантовая электроника, 1998, т 25, № 8, с 727-729

7 NN Il'ichev, VV Tumorm Measurement of the Amplitude and Phase Parts of the Saturated Gam Grating in a Nd YAG Crystal Using the Talbot Effect Laser Physics, 1004, v 14, No 2, p 258-263

8 H H Ильичев, В В Туморин Использование эффекта Тальбота для определения соотнолення амплитудной и фазовой составляющих решетки инверсной насе ленное ги в кристалле HATNd при ламповой накачке 'Квантовая электроника, 2004, т 34, №3, с 283-288

9 В В Туморин, НН Ильичев Исследование фазово \ составляющей решетки инверсной населенности в кристалле YAIO3 Nd при ламповой накачке Квантовая элеюроника, 2005, т 35, №10, с 938-942

10 II В Туморин, Н Н Ильичев О роли,тепловой нелинейности при вырожденные взаимодействиях в насыщенных лазерных средах Квантовая электроника, 2007,1 37, № 9, с 821-826, Препринт ИОФРАН, 2006, № 49, с. 17

11 NN Il'ichev, V V Tumoirn Measurement of amplitude and phase parts of gain grating in УАС1 Nd by using Talbot effect, 12th International Laser Physics Workshop (LPHlfS'03), August 25-29, 2003, Hamburg, Germany, Book of abstracts, p 238

12 V V Tunon 1, N N Il'ichev Measurment of the phase component of gam grating ш flash lamp pumped YAP Nd crystal 15th International Laser Physics Workshop (LPHrS'06), July 24-2?, 2006, Lausanne, Switzerland, Book of abstracts, p 230

Личный вклад автора: Все результаты, приведенные в диссертационной работе, получены самим автором, либо при его непосредственном участии

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы Объем диссертации составляет 140 страниц машинописного текста, включая 30 рисунков Список цитированной литературы - 148 наш*еноианий

1ИРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулирована цель работы, отмечены научная новизна и практическая значимость, приведем защищаемые положения и кратко изложено содержание работы по главам

Первая глава диссертации представляет собой обзор литературы, посвященной применгнию ОВФ в лазерной технике В ней проанализированы факто-

ры, приводящие к снижению точности ОВФ при ВРМБ Олисаны области применения ВРМБ-зер <ал как в многопроходовых лазерных усилителя? (ЕРМБ-компрессия лазерного импульса, фазирование пучков в многоканальных лазерных установках), так и в лазерных генераторах с ВРМБ-зеркалами

Также в первой главе рассмотрен метод ОВФ при четырехвопновом взаимодействии, описаны схемы самонакачивающихся четырехволновьк зеркал Особое внимание уделено описанию метода ОВФ при ВЧВС в лазерной среде Приведены схемы голографических лазеров с самонакачиваощимися ОВФ-зеркалами на решетках насыщенного усиления Проанализир званы причины, приводящие к возникновению положительной обратной связи и петлезых резонаторах таких лазеров

В первой глаие также дан обзор работ, посвященных исследованию роли фазовых решеток при ВЧВС в неодимовых лазерных средах Результаты некоторых из этих работ /называют, что при определенных условиях фазовгя составляющая решеток инверсной населенности мохет существенно превосходить по дифракционной эффективности решетку насыщенного усиления

Вторая глава посвящена разработке и исследованию многопрэходовых лазерных усилителей на кристаллических лазерных средах с. ВРМБ-зеркалши.

В разделе 21 представлен лазер с двухпроходовым усилителем на УАЮз N(1, позволяющий получать импульсы длительностью 100 не и энергией 100 мДж Результаты численного моделирования двухпрох одоиого усилителя с ВРМБ-зеркалом показывают, что для получения импульсов клучения большой длительности с гхадким временным профилем необходимо, чтобы ВРМБ-зеркало работало при существенном превышении пороговой мощности. Для случая двухпроходного усилителя с большим коэффициентом усиления слабого сигнала б это достижимо, если излучение, отраженное от ВРМБ-зеркала, работающего вблизи порога по мощности Щ/,, не приводит к существенному насыщению усилителя за время длительности импульса задающего генератора г Это

условие может бьпъ записано в следующей форме |=——0£1, где К- насыщенный коэффициент отражения ВРМБ-зеркаиа с учетом пропускания аттенюатора, Рг - плотность энергии насыщения лазерной среды, У - площадь сечения усиливаемого пучка Для снижения параметра £ было предложено исполыовать поляризационный аттенюатор, установленный перед ВРМБ-зеркалом и состоящий из четвертьволновой кварцевой пластинки и поляризатора. Поворотом кварцевой пластинки можно регулировать долю стоксового излучения посту-

пающую на второй проход через усилитель, т.е изменять насыщенный коэффициент отражения К при постоянной пороговой мощности Ж5 ВРМБ-зеркала В экспериментальной лазерной установке подбором пропускания аттенюатора удалось получить импульсы с крутым передним фронтом и практически плоской вершиной при незначительном (20-30%) уменьшении энергии импульса

В разделе 2 2 описывается лазерная установка на стандартных активных элементах из ИАГ.Ш, генерирующая импульсы энергией 0.45 Дж и длительностью 3 не при высоком качестве выходного пучка Использование ВРМБ-зеркала в многопроходной схеме усилителя позволило получить высокую эффективность энергосъема при существенном укорочении усиливаемого импульса

В разделе 2 3 рассматриваютс I вопросы, связанные с использованием крупноапертурного пластинчатого антивного элемента из УАЮз N(1 в схеме многопроходового усилителя с ВРМБ-зеркалом Были исследованы эффективность накачки активного элемента в режиме накопления инверсной населенности и его генерационные свойства В результате оптимизации схемы многопроходового усилителя с пластинчатым активным элементом и ВРМБ-зеркалом были получены импульсы выходного излучения энергией 3 6 Дж и длительностью 6 не при расходимости выходного пучка 1 5 дифракционных предела.

Третья глава посвящена исследованию роли фазовых решеток при вырожденных многоволновых взаимодействиях в насыщенных лазерных средах

В разделе 3.1 приводится описание использованного экспериментального метода определения отношения дифракционных эффективностей фазовой и амплитудной составляющих решетки инверсной населенности (параметра /5), основанного на эффекте самовоспроизведения поля излучения, прошедшего через решетку (эффект Тальбота) В этом методе значение параметра /3 определяется по сдвигу вдоль оси Ъ максимума кривой изменения контраста зондирующего излучения относительно положения решетки Основным преимуществом данного метода по сравнению с другими методами является возможность проведения прямых измерений на резонансной частоте лазерного перехода

В разделе 3 2 описываются результаты экспериментов по определению относительной дифракционной эффективности фазовой составляющей решетки инверсной населенности (РИН) в ИАГ N(1, определяется точность проводимых измерений В этих экспериментах было обнаружено некоторое уменьшение параметра ¡5 с 0 19 до 0 14 при увеличении энергии пучков, записывающих решетку инверсной населенности Однако это изменение параметра р оказалось

сопоставимо с суммарной ошибкой проводимых измерений, которая была оценена как ±0 1

В разделе 3 3 для повышения относительной точности проводимых измерений параметра ¡5 в кристалле УАЮз N(1 использовалось зондирующее излучение на длине волнлазерного перехода 1 08 мкм с поляризацией, соответствующей минимальному сечению вынужденного перехода Проведенные эксперименты показали, что величина параметра р зависит как о г мощности, так и от спектрального состава излучения ламповой накачки Эта зависимость свидетельствует о том, что кроме различия поляризуемостей и 41)д состояний иона существ}тот другие факторы, обуславливающие возникновение фазовой составляющей РИН К таким факторам относится зависимость плотности мощности тепловыделения в объеме лазерной среды от уровня инверсной населенности Полученные экспериментальные временные зависимости амплитуд фазовой и амплитудной составляющих решет* и инверсной населенности свидетельствуют о существенной роли долгоживущих температурных решеток при вырожденных взаимодействиях в насыщенных лазерных средах

В разделе 3 4 развита теория возникновения температурной составляющей РИН, учитывающая как переходы под действием излучения накачки, так и переходы с верхнего лгаерного уровня (излучательные и безы злуч стельное) Установлена зависимость между амплитудами температурной решетки и решетки насыщенного усиления при нестационарном взаимодействии

В разделе 3 5 на основании эксперимент альных данных и расчетной зависимости дифракциэнной эффективности температурной решюти определена резонансная фазовая составляющая решетки инверсной населенности в УАЮ3 Ш и вычислена разность поляризуемостей уровней и иста Ш3+

Четвертая глава посвящена исследованиям голографических лазеров на решетках насыщенного усиления

В разделе 4 на основании простых рассуждений покамвается, что во взаимном петлевом резонаторе топографического лазера на решетках насыщенного усиления развитие генерации возможно в случае неточного обращения волнового фронта излучения В лазерной среде записывается две решетки насыщенного усиления с разностью фаз к Моды голографическэго резонатора в этом случае обладают рядом уникальных свойств Так в некоторых оптических схемах петлевого резонатора возможна генерация на одной поперечной моде, заполняющей всю шертуру активного элемента В других схемах одномодовая, одночастотная генерация невозможна

В разделе 4 2 проводится численное моделирование развития генерации в петлевом резонатор г голографического лазера на решетках насыщенного усиления Результаты моделирования подтверждают предположение, что в системе возникаем решетка со скачком ({¡азы в центре активного -шемента, равным л Кроме того, бы ю показано, что возникновение генерации во взаимном neiлевом резонаторе возможно в случае перераспределения интенсивностей волн, прошедших петлю обратной связи Такое изменение возможно, например, вследствие .дифракции излучения на апертуре активного элемента и на неоднородностях решетки усиления

В разделе 4 3 проводится экспериментальное исследование схемы голо-графическою лиера на решетках насыщенного усиления, теоретическое исследование которой проводилось в разделах 4 1 и 4 2 Полученные экспериментальные данные подтверждают сделанные предположения относительно вида решетки насыщенного усиления и результаты численного моделирования

В разделе 4 4 описывается голографический лазер на решетках насыщенного усиления, в котором для получения мощных импульсов модулированной добротности использовалось ВРМБ-зеркало и пассивный за гвор, помещенный в область пересечения внутрирезонаторных пучков В этой с? еме энергия выходного излучения в режиме одиночных импульсов составляла 250 мДж при расходимости выходного пучка 1.5 - 2 дифракционных предела При частоте следования импулы-ОЕ 10 Гц возникающая в АЭ термолинза приводила к уменьшению энергии выходного излучения до 160 мДж.

В заключении сформулированы основные результаты работы

ОСЕ ОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ:

1 На основании анализа причин, приводящих к искажению временной формы импульса выходного излучения двухпроходового лазерного усилителя с ВРМБ-зеркапом, разработана лазерная система на YAIO3 N<3, в которой для получения импул!Сов с гладким временным профилем длительностью 150 не использовался дополнительный поляризационный аттенюатор, установленный перед ВРМБ-зе экалом В лазерной схеме с крупноапертурным пластинчатым активным элементом из УАЮ3 Nd и ВРМБ-зеркалом получгны импульсы излучения с энергие \ 3 6 Дж при раси одимости выходного пучка равной 1 5 дифракционным пределам

2 На основе разработанной экспериментальной методики показано, что относительная дифракционная эффективность фазовой составляющей решетки

инверсной населенности в кристаллах ИАГ N<1 и УАЮ3 N(1 зависит как от условий ламповой накачки, так и от и длительности взаимодействия Полученные временные зависимости амплитудной и фазовой составляющих решетки инверсной населенности продемонстрировали, что долгоживущие температурные решетки играют существенную роль при стационарных вырожденных взаимодействиях в насыщенных лазерных средах

3 В рамках модели, учитывающей I ак переходы под действием излучения накачки, так и переходы с верхнего лазерного уровня, получена зависимость амплитуды температурной решетки изменения показателя преломления от амплитуды решетки усиления при нестационарных вырожденных смешениях в неодимовых лазерных средах На основании этой зависимости и экспериментальных данных определена фазовая составляющая решетки инверсной населенности в УАЮ3 N(1, обусловленная разнос"ью поляризуемостей основного и возбужденных состояний иона Щ3+

4 На основании численного моделирования и экспериментального исследования развития генерации во взаимном петлевом резонаторе топографического лазера на решетках усиления показано, что в активной среде такого лазера записывается решетка усиления, состоящей из двух пространственных областей, в которых фаза решетки отличается на п Показано, что режим генерации такого лазера в сильной степени зависит от опта1 еской схемы резонатора

5 Разработаны методы модуляции добротности взаимных петлевых резонаторов топографических лазеров на решетках усиления при помощи пассивного модулятора добротности, помещенного в пересечение внутрирезонаторных пучков, и при помощи внешнего ВРМБ-зеркала В схеме лазера-генератора с ВРМБ и самонакачивающимся ОВФ зеркалами при использовании одного активного элемента из УА103 Ш полученк в импульсно-периодическом режиме мощные импульсы излучения модулированной добротности с расходимостью менее 2 дифракционных пределов

Цитируемая литература.

1 Зельдович Б Я , Поповичев В И , Рагульскш! В В , Файзуллов Ф С О связи между волновыми фронтами отраженного и возбуждающего света при вынужденном рассеянии Мандельштама-Брнллюзна Письма в ЖЭТФ, 1972, т 15, №3, с 160-164

2 Зельдович Б Я , Пнлипецкии IIФ, Шкунов В В Обращение волнового фронта Москва, "Наука", 1985,219 с

3 Бродов М Е , Гиляров ОII, Иванов А В , Куликовский Б II, Пашшшн П П Восьмипроходный усилитель на плате из иеодимового стекла с волноводной схемой и ОВФ Квантовая электроника, 1987, т 14, № 10, с 19851987

4 Ilackel L А , Miller J L , Dane S В A high power regenei alive laser amplifier system employing a phase conjugate mirror Pioc of International Summei school on nonlinear optical phase conjugation Prague, Aug 26-31, 1991, pp 72-76

5 Fisher R, Feldmau В Ou-resonant phase-conjugate and amplification at 10 6 |лт in mvertid C02 Optics Letters, 1979, v 4, № 5, p 140-142

6 Tomita A Phase conjugation using gain saturation of Nd YAG Nd laser Appl Phys Lett, 1979, v 34, № 7, p 463-464

7 Бельдюгнн И M, Золотарев М В , Киреев С Е , Одинцов А И Лазер на парах меди с самонакачивающимся ОВФ-зеркалом Квантовая электроника, 1986, т 13, №4, с 825-827

8 Damzen М J , Gieen R Р М , and Syed К S Self-adaptive solid-state laser oscillatoi formed by dynamic gain-grating holograms, Optics letteis, 1995, v 20, No 16,pp 1704-1706

9 Antipov О L , Kuzhelev A S , Vorob'yov V A , Zinov'ev A P Pulse lepetitive Nd YAG lasei with distributed feedback by self-induced population grating Optics Communications, 1998, v 152, pp 313-318

10 Антипов OJI, Беляев СИ, Кужелев AC Вынужденное резонансное рассеяние световых волн в лазерных кристаллах с инверсной населенностью, Письма в ЖЭТФ, 1996, т 63, № 1, с 13-18

11 Антипов О JI, Кужелев А С , Лукьянов А10 , Зиновьев А П Изменение показателя преломления лазерного кристалла Nd YAG при возбуждении попов Nd3+ Квантовая Электроника, 1998, т 25, № 10, с 891-898

12 Bufetova G А, Nikolaev D А , Shcheibakov IА , Tsvetkov V В Natuie of foie-wave mixing in Nd YAG active rod Laser Physics, 2003, v 13, No 2, pp 245247

13 Антипов О JI, Кужелев А С, Чаусов Д В Решетки показателя преломления в процессе резонансно! о четырехволнового смешения в Nd YAG усилителе Известия РАН Серия физическая, 1999, т 63, №4, с 740-747

Подписано в печать ¿О/-// 2007 г Формат 60x84/16 Заказ № Тираж/£$экз Пл Отпечатано в Редакционно-издательской и информационной службе Физического института им П Н Лебедева РАН с оригинал-макета заказчика 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел 132 51 28

Список основных обозначений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБРАЩЕНИЯ ВОЛНОВОГО

ФРОНТА В ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИХ ЛАЗЕРАХ

Обзор литературы).

1Л. Особенности использования ВРМБ-зеркал в твердотельных лазерах.

1.2. Лазеры с ОВФ-зеркалами на основе четырехволнового взаимодействия.

1.3. Исследования зависимости показателя преломления лазерных сред от уровня инверсной населенности.

Глава 2. МНОГОПРОХОДОВЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

С ВРМБ-ЗЕРКАЛАМИ.

2Л. Получение импульсов большой длительности в схеме двухпроходового усилителя на УАЮз.'Ш с ВРМБ-зеркалом.

2.2. Исследование многопроходового усилителя на АИГ:Ш с ВРМБ-зеркалом.

2.3. Импульсно-периодический лазер с пластинчатым активным элементом из УАЮз'.Ш и ВРМБ-зеркалом.

2.4. Выводы.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

РЕШЕТКИ ИНВЕРСНОЙ НАСЕЛЕННОСТИ В

КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЛАЗЕРНЫХ СРЕДАХ.

3.1. Метод определения фазовой составляющей решетки инверсной населенности.

3.2. Определение параметра ¡3в ИАГ:Ш.

Точность проводимых измерений.

3.3. Исследование фазовой составляющей решетки инверсной населенности в УА10з:Ш.

3.4. Теория возникновения тепловой составляющей решетки инверсной населенности.

3.5. Нахождение резонансной фазовой составляющей решетки инверсной населенности в УА10з:Ш.

3.6. Выводы.

Глава 4. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ЛАЗЕРЫ С

САМОНАКАЧИВАЮЩИМИСЯ ОВФ-ЗЕРКАЛАМИ НА РЕШЕТКАХ НАСЫЩЕННОГО УСИЛЕНИЯ.

4.1. Свойства мод петлевого резонатора с голограммами на решетках усиления.

4.2. Численное моделирование развития генерации голографического лазера на решетках насыщенного усиления.

4.3. Экспериментальное исследование работы голографического лазера на решетках насыщенного усиления.

4.4. Лазер с ВРМБ- и самонакачивающимся четырехволновым ОВФ-зеркалами.

4.5 Выводы.

Актуальность темы

Интерес к созданию мощных высокоэффективных лазерных систем с предельно низкий расходимостью выходного излучения обусловлен перспективами их использования в различных областях науки и техники. К числу таких приложений можно отнести лазерно-плазменную рентгеноскопию и микролитографию, локацию и дистанционное зондирование, лазерную медицину и др.

Среди всего разнообразия лазеров большое распространение получили твердотельные системы на неодимосодержащих средах благодаря их компактности, надежности в работе и простоте эксплуатации. Однако именно твердотельные лазерные среды подвержены значительным термооптическим искажениям, возникающим в них под воздействием мощного излучения накачки, что приводит к снижению яркости и ограничению средней мощности выходного излучения. Поэтому при создании мощных лазерных систем часто используются кристаллические лазерные среды, такие как иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), ортоалюминат иттрия (УАЮз), обладающие высокими термооптическими свойствами. Вытеснение ламповых систем накачки полупроводниковыми способствует снижению тепловыделения в объеме активной среды и повышению качества выходного излучения твердотельных лазерных систем. Однако излучение лазеров с мощной диодной накачкой также подвержено влиянию фазовых и поляризационных искажений.

Открытие эффекта обращения волнового фронта (ОВФ) излучения при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) [1,2] послужило толчком к началу исследований по созданию адаптивных лазерных систем, позволяющих компенсировать искажения волнового фронта излучения в схемах многопроходовых лазерных усилителей. Пороговый характер ВРМБ позволяет получать в таких системах мощные импульсы наносекундного диапазона длительности с высоким временным контрастом выходного излучения. Однако вопросу о возможности получения импульсов микросекундного диапазона длительностей в схемах многопроходовых лазерных усилителей с ВРМБ-зеркалами уделялось существенно меньше внимания. Хотя для многих технологических и медицинских приложений представляет интерес создание лазеров с низкой расходимостью выходного излучения, работающих при высоких частотах повторения импульсов микросекундного диапазона длительностей.

Одним из способов повышения средней мощности и энергии излучения лазерных установок является использование крупноапертурного активного элемента (АЭ) пластинчатой формы. К моменту начала наших исследований было создано лишь несколько таких установок на неодимовом стекле, в которых для увеличения яркости выходного излучения использовались ВРМБ-зеркала [54,55]. Использование кристаллических лазерных сред позволяет существенно увеличить среднюю мощность выходного излучения таких лазеров.

В последнее время все большее внимание уделяется методу ОВФ при вырожденном по частоте четырехволновом смешении (ВЧВС) непосредственно в активной среде лазера [90,91]. Основным типом нелинейности в этом случае является нелинейность усиления лазерной среды. К достоинствам этого метода относится возможность создания самостартующих голографи-ческих лазерных систем, в которых запись решеток насыщенного усиления в начальный момент времени осуществляется под действием самосогласованного поля излучения суперлюминесценции [99]. Для увеличения эффективности генерации таких систем в петле обратной связи резонатора часто используется невзаимный элемент на вентиле Фарадея, обеспечивающий увеличение контраста интерференционной картины пучков, поддерживающих рост решеток насыщенного усиления [102].

Генерация возможна и в голографических лазерных системах без невзаимного элемента в петле обратной связи [99]. Развитие генерации в этих системах может быть объяснено существованием фазовой составляющей решетки инверсной населенности [107]. Среди причин, приводящих к возникновению фазовых решеток, можно назвать светоиндуцированное тепловыделение в объеме активной среды и разность поляризуемостей основного и возбужденных состояний ионов активатора. При достаточно высокой дифракционной эффективности фазовой составляющей решетки инверсной населенности в лазерной среде возможен процесс вынужденного резонансного рассеяния [112], приводящий к образованию положительной обратной связи в петлевом резонаторе голографического лазера.

Результаты исследований фазовых решеток при многоволновых взаимодействиях в лазерных средах, проводимых с использованием зондирующих пучков на нерезонансной частоте излучения, дают существенный разброс относительной дифракционной эффективности фазовой составляющей решетки инверсной населенности [119,125]. Этот разброс может быть объяснен зависимостью разности поляризуемостей основного и возбужденного состояний иона активатора от частоты зондирующего излучения. При исследовании дифракционной эффективности решетки инверсной населенности методом ВЧВС на резонансной частоте [123] встает проблема разделения вкладов решеток насыщенного усиления и изменения показателя преломления. Поэтому для изучения природы решеток при ВЧВС в лазерных средах актуальной является разработка методики прямого определения соотношения дифракционных эффективностей амплитудной и фазовой составляющих решетки инверсной населенности на частоте лазерного перехода.

Цель работы

Целью диссертационной работы является создание импульсно-периодических лазеров с ОВФ-зеркалами с расходимостью выходного излучения близкой к дифракционной, работающих в широком диапазоне длительностей импульсов выходного излучения; изучение природы решеток, возникающих в лазерных средах при ВЧВС на резонансной частоте излучения и исследование причин возникновения положительной обратной связи в схемах голографических лазеров на решетках насыщенного усиления с взаимными петлевыми резонаторами, а также разработка методов модуляции добротности резонаторов таких лазеров.

Научная новизна

1. Проанализированы причины, приводящие к трансформации временной формы импульса выходного излучения двухпроходового лазерного усилителя с ВРМБ-зеркалом. Показано, что для получения в данной схеме импульсов излучения большой длительности с гладким временным профилем необходимо выполнение следующего условия: £ =--0< 1, где К - насыщенный коэффициент отражения ВРМБ-зеркала, ^ - плотность энергии насыщения лазерной среды, Я - площадь сечения усиливаемого пучка, }¥,[, -порог ВРМБ по мощности, I - длительность импульса усиливаемого излучения, (7 - коэффициент усиления слабого сигнала усилителя на один проход. Наиболее простым способом изменения параметра £ является изменение насыщенного коэффициента отражения ВРМБ-зеркала К, путем установки перед ВРМБ-зеркалом дополнительной поляризационной развязки.

2. На основе эффекта Тальбота разработана методика определения соотношения амплитудной и фазовой составляющих решеток в нелинейных средах. Проведенные на основании этой методики эксперименты показали преимущественно амплитудный характер решетки инверсной населенности в кристаллах ИАГ:Ш и УА10з:Ш. Полученные временные зависимости амплитуд фазовой и амплитудной составляющих решетки свидетельствуют о существенной роли температурных решеток при вырожденных взаимодействиях в насыщенных лазерных средах.

3. Разработана теоретическая модель образования температурных решеток при ВЧВС в неодимовых лазерных средах, учитывающая как переходы под действием излучения накачки, так и переходы с верхнего лазерного уровня (излучательные и безызлучательные). Расчеты, проведенные по этой модели, хорошо согласуются с полученными экспериментальными результатами.

4. На основании численного моделирования проанализированы причины, приводящие к образованию положительной обратной связи во взаимных петлевых резонаторах голографических лазеров на решетках насыщенного усиления. Показано, что развитие генерации в таких лазерах происходит при неполном обращении волнового фронта излучения падающего на четырех-волновое зеркало. Кроме того, режим генерации таких лазеров в сильной степени зависит от оптической схемы петлевого резонатора. Результаты проведенных экспериментов согласуются со сделанными теоретическими выводами.

5. Разработаны методы модуляции добротности взаимных петлевых резонаторов голографических лазеров на решетках насыщенного усиления при помощи насыщающегося поглотителя, установленного в пересечении внут-рирезонаторных пучков, а также при помощи внешнего ВРМБ-зеркала.

Практическая значимость работы.

1. Разработана лазерная система с двухпроходовым усилителем на YA103:Nd и с ВРМБ-зеркалом, позволяющая получать гладкие импульсы выходного излучения длительностью 150 не и энергией до 100 мДж.

2. Разработана схема многопроходового лазерного усилителя на активных элементах из ИАГ:Ш цилиндрической формы с ВРМБ-зеркалом, позволяющая получать мощные импульсы выходного излучения энергией до 0.45 Дж и длительностью 3 не при частоте следования импульсов 5 Гц.

3. Создан импульсно-периодический твердотельный лазер (ИПТЛ) на пластинчатом активном элементе из УАЮ3:Ш с характеристиками выходного излучения: энергия в импульсе - до 3.6 Дж; длительность импульса по полувысоте - 6 не; расходимость излучения - 1.5 дифракционных предела; частота повторения импульсов - до 3 Гц.

4. Создан ИПТЛ с самонакачивающимся четырехволновым и ВРМБ-зеркалами, выполненный на одном цилиндрическом активном элементе из УАЮз.'Ш с энергией импульса выходного излучения 250 мДж при частоте следования импульсов 1 Гц и 160 мДж при частоте 10 Гц. Расходимость выходного излучения была менее 2 дифракционных пределов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Использование дополнительной поляризационной развязки, уменьшающей насыщенный коэффициент отражения ВРМБ-зеркала, позволяет в схеме двухпроходвого лазерного усилителя с ВРМБ-зеркалом получать импульсы выходного излучения длительностью более 100 не с гладкой временной формой.

2. В лазерной схеме с крупноапертурным пластинчатым активным элементом из УА10з:Ш и ВРМБ-зеркалом получены импульсы излучения с энергией 3.6 Дж при расходимости выходного пучка, равной 1.5 дифракционным пределам.

3. Разработанная экспериментальная методика позволяет проводить прямые измерения отношения дифракционных эффективностей амплитудной и фазовой составляющих решетки инверсной населенности на резонансной частоте излучения с точностью ±0.1.

4. Относительная дифракционная эффективность фазовой составляющей решетки инверсной населенности в кристаллах ИАГ:Ш и УА10з:Ш зависит как от условий ламповой накачки, так и от длительности импульсов взаимодействующего излучения и в условиях наших экспериментов не превосходила значения 0.3.

5. Тепловая нелинейность играет существенную роль при стационарных многоволновых смешениях в неодимовых лазерных средах в случае, когда пучки взаимодействующего излучения пересекаются в лазерной среде под небольшим углом (1-5 мрад). Полученная теоретическая зависимость амплитуды температурной решетки от амплитуды решетки усиления хорошо согласуется с экспериментальными данными.

6. Развитие генерации во взаимном петлевом резонаторе голографиче-ского лазера на решетках усиления происходит при неполном обращении волнового фронта излучения, падающего на четырехволновое зеркало, и в некоторых оптических схемах таких лазеров затруднена генерация одномо-дового, одночастотного излучения.

7. Использование пассивного модулятора добротности, помещенного в пересечение внутрирезонаторных пучков, и внешнего ВРМБ-зеркала позволяет повысить эффективность работы голографического лазера на решетках усиления с взаимным петлевым резонатором. В схеме лазера-генератора с ВРМБ- и самонакачивающимся четырехволновым ОВФ-зеркалами при использовании одного активного элемента из УА10з:Ш получены в импульсно-периодическом режиме мощные импульсы излучения модулированной добротности с расходимостью менее 2 дифракционных пределов.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались на VI Междисциплинарной конференции по лазерной физике, г. Миннеаполис, США, 1990; 9-ой международной конференции "Оптика лазеров", г. Санкт-Петербург, 1998 г.; тематическом семинаре «Сильные лазерные поля: источники и физика взаимодействия с веществом», 29 - 30 ноября 2004 г., ИПФ РАН, Нижний Новгород; 12th International Laser Physics Workshop (LPHYS'03), August 25-29, 2003,

Hamburg, Germany; 15th International Laser Physics Workshop (LPHYS'06), July

24-28, 2006, Lausanne, Switzerland.

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в 9-и статьях, 1 -м препринте и 3-х тезисах докладов на перечисленных выше конференциях.

Список публикаций по материалам работы:

1. П. П. Пашинин, В. С. Сидорин, В. В. Туморин, Е. И. Шкловский. "Им-пульсно-периодический лазер на ортоалюминате итрия с пластинчатым усилителем". Квантовая электроника, 1991, т. 18, № 11, с. 2070-2073.

2. Tumorin V. V., Shklovsky I. J. "Generation of long laser pulses in the scheme of double-pass amplifier with SBS mirror." Optics Communications, 1995, v. 120, p. 303-306.

3. Э. В. Воскобойник, А. В. Кирьянов, П. П. Пашинин, В. С. Сидорин, В. В. Туморин, Е. И. Шкловский. "Импульсно-периодический YAGiNd-лазер с ВРМБ-зеркалом". Квантовая электроника, 1996, т. 22, № 1, с. 33-35.

4. П. П. Пашинин, В. С. Сидорин, В. В. Туморин, Е. И. Шкловский. "Ллазер с ВРМБ- и самонакачивающимся ОВФ-зеркалами". Квантовая электроника, 1997, т. 24, № 1, с. 55-56.

5. П. П. Пашинин, В. В. Туморин, Е. И. Шкловский. "Пространственная структура основной моды петлевого резонатора голограммами на решетках усиления". Квантовая электроника, 1998, т. 25, № 8, с. 727-729.

6. Pashinin P. P., Tumorin V. V., Sidorin V. S., Shklovsky I. J. "A Nd:YAP laser incorporating slab amplifier and phase-conjugating mirror". Bulletin of the American Physical Society, vol. 35, № 7, p. 1515, 1990.

7. N.N. Il'ichev, V.V. Tumorin. Measurement of the Amplitude and Phase Parts of the Saturated Gain Grating in a Nd:YAG Crystal Using the Talbot Effect. Laser Physics, 2004, v. 14, No. 2, p. 258-263.

8. Н.Н. Ильичев, В.В. Туморин. Использование эффекта Тальбота для определения соотношения амплитудной и фазовой составляющих решетки инверсной населенности в кристалле ИАГ:Ш при ламповой накачке. Квантовая электроника, 2004, т. 34, № 3, с. 283-288.

9. В.В. Туморин, Н.Н. Ильичев. Исследование фазовой составляющей решетки инверсной населенности в кристалле YAlCbNd при ламповой накачке. Квантовая электроника, 2005, т. 35, № 10, с. 938-942.

10. В.В. Туморин, Н.Н. Ильичев. О роли тепловой нелинейности при вырожденных взаимодействиях в насыщенных лазерных средах. Квантовая электроника, 2007, т. 37, № 9, с. 821-826; Препринт ИОФРАН, 2006, № 49, с. 17.

11.N.N. Il'ichev, V.V. Tumorin. Measurement of amplitude and phase parts of gain grating in YAG:Nd by using Talbot effect, 12th International Laser Physics Workshop (LPHYS'03), August 25-29, 2003, Hamburg, Germany, Book of abstracts, p. 238.

12. V.V. Tumorin, N.N. Il'ichev. Measurment of the phase component of gain grating in flash-lamp pumped YAP:Nd crystal. 15th International Laser Physics Workshop (LPHYS'06), July 24-28, 2006, Lausanne, Switzerland, Book of abstracts, p. 230.

Личный вклад автора: Все результаты, приведенные в диссертационной работе, получены самим автором, либо при его непосредственном участии.

Краткое содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулирована цель работы, отмечены научная новизна и практическая значимость, приведены защищаемые положения и кратко изложено содержание работы по главам.

Первая глава диссертации представляет собой обзор литературы, посвященной применению ОВФ в лазерной технике. В ней проанализированы факторы, приводящие к снижению точности ОВФ при ВРМБ. Описаны области применения ВРМБ-зеркал: как в многопроходовых лазерных усилителях (ВРМБ-компрессия лазерного импульса, фазирование пучков в многоканальных лазерных установках), так и в лазерных генераторах с ВРМБ-зеркалами.

Также в первой главе рассмотрен метод ОВФ при четырехволновом взаимодействии, описаны схемы самонакачивающихся четырехволновых зеркал. Особое внимание уделено описанию метода ОВФ при ВЧВС в лазерной среде. Приведены схемы голографических лазеров с самонакачивающимися ОВФ-зеркалами на решетках насыщенного усиления. Проанализированы причины, приводящие к возникновению положительной обратной связи в петлевых резонаторах таких лазеров.

В первой главе также дан обзор работ посвященных исследованию роли фазовых решеток при ВЧВС в неодимовых лазерных средах. Результаты некоторых из этих работ указывают, что при определенных условиях фазовая составляющая решеток инверсной населенности может существенно превосходить по дифракционной эффективности решетку насыщенного усиления.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию многопроходовых лазерных усилителей на кристаллических лазерных средах с ВРМБ-зеркалами.

В разделе 2.1. представлен лазер с двухпроходовым усилителем на УАЮ3:Ш, позволяющий получать импульсы длительностью 100 не и энергией 100 мДж. Результаты численного моделирования двухпроходового усилителя с ВРМБ-зеркалом показывают, что для получения импульсов излучения большой длительности с гладким временным профилем необходимо, чтобы ВРМБ-зеркало работало при существенном превышении пороговой мощности. Для случая двухпроходного усилителя с большим коэффициентом усиления слабого сигнала О это достижимо, если излучение, отраженное от ВРМБ-зеркала, работающего вблизи порога по мощности не приводит к существенному насыщению усилителя за время длительности импульса задающего генератора I Это условие может быть записано в следующей форме: £ =--в < 1, где К- насыщенный коэффициент отражения ВРМБ-зеркала с учетом пропускания аттенюатора, ^ - плотность энергии насыщения лазерной среды, 5 - площадь сечения усиливаемого пучка. Для снижения параметра £ было предложено использовать поляризационный аттенюатор, установленный перед ВРМБ-зеркалом и состоящий из четвертьволновой кварцевой пластинки и поляризатора. Поворотом кварцевой пластинки можно регулировать долю стоксового излучения поступающую на второй проход через усилитель, т.е. изменять насыщенный коэффициент отражения К при постоянной пороговой мощности ВРМБ-зеркала. В экспериментальной лазерной установке подбором пропускания аттенюатора удалось получить импульсы с крутым передним фронтом и практически плоской вершиной при незначительном (20-30%) уменьшении энергии импульса.

В разделе 2.2 описывается лазерная установка на стандартных активных элементах из ИАГ:Ш, генерирующая импульсы энергией 0.45 Дж и длительностью 3 не при высоком качестве выходного пучка. Использование ВРМБ-зеркала в многопроходной схеме усилителя позволило получить высокую эффективность энергосъема при существенном укорочении усиливаемого импульса.

В разделе 2.3 рассматриваются вопросы, связанные с использованием крупноапертурного пластинчатого активного элемента из УА10з:Ш в схеме многопроходового усилителя с ВРМБ-зеркалом. Были исследованы эффективность накачки активного элемента в режиме накопления инверсной населенности и его генерационные свойства. В результате оптимизации схемы многопроходового усилителя с пластинчатым активным элементом и ВРМБзеркалом были получены импульсы выходного излучения энергией 3.6 Дж и длительностью 6 не при расходимости выходного пучка 1.5 дифракционных предела.

Третья глава посвящена исследованию роли фазовых решеток при вырожденных многоволновых взаимодействиях в насыщенных лазерных средах.

В разделе 3.1. приводится описание использованного экспериментального метода определения отношения дифракционных эффективностей фазовой и амплитудной составляющих решетки инверсной населенности (параметра /3), основанного на эффекте самовоспроизведения поля излучения, прошедшего через решетку (эффект Тальбота). В этом методе значение параметра Р определяется по сдвигу кривой изменения контраста интерференционной картины прошедшего через решетку излучения в зависимости от расстояния до решетки. Основным преимуществом данного метода по сравнению с другими методами является возможность проведения прямых измерений на резонансной частоте лазерного перехода.

В разделе 3.2 описываются результаты экспериментов по определению относительной дифракционной эффективности фазовой составляющей решетки инверсной населенности (РИН) в ИАГ:Ш, определяется точность проводимых измерений. В этих экспериментах было обнаружено некоторое уменьшение параметра ¡3 с 0.19 до 0.14 при увеличении энергии пучков, записывающих решетку инверсной населенности. Однако это изменение параметра /3 оказалось сопоставимо с суммарной ошибкой проводимых измерений, которая была оценена как ±0.1.

В разделе 3.3 для повышения относительной точности проводимых измерений параметра /?в кристалле УА10з:Ш использовалось зондирующее излучение на длине волны лазерного перехода 1.08 мкм с поляризацией, соответствующей минимальному сечению вынужденного перехода. Проведенные эксперименты показали, что величина параметра /? зависит как от мощности, так и от спектрального состава излучения ламповой накачки. Эта зависимость свидетельствует о том, что кроме различия поляризуемостей 4Рз/2 и %/2 состояний иона Ш3+ существуют другие факторы, обуславливающие возникновение фазовой составляющей РИН. К таким факторам относится зависимость плотности мощности тепловыделения в объеме лазерной среды от уровня инверсной населенности. Полученные экспериментальные временные зависимости амплитуд фазовой и амплитудной составляющих решетки инверсной населенности свидетельствуют о существенной роли долгоживущих температурных решеток при вырожденных взаимодействиях в насыщенных лазерных средах.

В разделе 3.4 развита теория возникновения температурной составляющей РИН, учитывающая как переходы под действием излучения накачки, так и переходы с верхнего лазерного уровня (излучательные и безызлуча-тельные). Установлена связь между амплитудами температурной решетки и решетки насыщенного усиления при нестационарном взаимодействии.

В разделе 3.5 на основании экспериментальных данных и расчетной зависимости дифракционной эффективности температурной решетки определена резонансная фазовая составляющая решетки инверсной населенности в УА10з:Ш и вычислена разность поляризуемостей уровней 4Р3/2 и 419/2 иона Ш3+.

Глава 4 посвящена исследованиям голографических лазеров на решетках насыщенного усиления.

В разделе 4.1 на основании простых рассуждений показывается, что во взаимном петлевом резонаторе голографического лазера на решетках насыщенного усиления развитие генерации возможно в случае неточного обращения волнового фронта излучения. В лазерной среде в этом случае записывается две решетки насыщенного усиления с разностью фаз 7Г. Моды голографического резонатора в этом случае обладают рядом уникальных свойств. Так в некоторых оптических схемах петлевого резонатора возможна генерация на одной поперечной моде заполняющей всю апертуру активного элемента. В других схемах одномодовая, одночастотная генерация невозможна.

В разделе 4.2 проводится численное моделирование развития генерации в петлевом резонаторе голографического лазера на решетках насыщенного усиления. Результаты моделирования подтверждают предположение, что в системе возникает решетка со скачком фазы в центре активного элемента, равным тт. Кроме того, было показано, что возникновение генерации во взаимном петлевом резонаторе возможно в случае перераспределения интенсивностей волн, прошедших петлю обратной связи. Такое изменение возможно, например, вследствие дифракции излучения на апертуре активного элемента и на неоднородностях решетки усиления.

В разделе 4.3 проводится экспериментальное исследование схемы голографического лазера на решетках насыщенного усиления, теоретическое исследование которой проводилось в разделах 4.1 и 4.2. Полученные экспериментальные данные подтверждают сделанные предположения относительно вида решетки насыщенного усиления и результаты численного моделирования.

В разделе 4.4 описывается голографический лазер на решетках насыщенного усиления, в котором для получения мощных импульсов модулированной добротности использовалось ВРМБ-зеркало и пассивный затвор, помещенный в область пересечения внутрирезонаторных пучков. В этой схеме энергия выходного излучения в режиме одиночных импульсов составляла 250 мДж при расходимости выходного пучка 1.5-2 дифракционных предела. При частоте следования импульсов 10Гц возникающая в АЭ термолинза приводила к уменьшению энергии выходного излучения до 160 мДж.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Основные результаты проведенных исследований лазеров с ОВФ-зеркалами можно кратко обобщить следующим образом:

1. На основании анализа причин, приводящих к искажению временной формы импульса выходного излучения двухпроходового лазерного усилителя с ВРМБ-зеркалом, разработана лазерная система на YA103:Nd, в которой для получения импульсов с гладким временным профилем длительностью 150 не использовался дополнительный поляризационный аттенюатор, установленный перед ВРМБ-зеркалом. В лазерной схеме с крупноапертурным пластинчатым активным элементом из УА10з:Ш и ВРМБ-зеркалом получены импульсы излучения с энергией 3.6 Дж при расходимости выходного пучка, равной 1.5 дифракционным пределам.

2. На основе разработанной экспериментальной методики показано, что относительная дифракционная эффективность фазовой составляющей решетки инверсной населенности в кристаллах ИАГ:Ш и УАЮз'.Ш зависит как от условий ламповой накачки, так и от и длительности взаимодействия. Полученные временные зависимости амплитудной и фазовой составляющих решетки инверсной населенности продемонстрировали, что долгоживущие температурные решетки играют существенную роль при стационарных вырожденных взаимодействиях в насыщенных лазерных средах.

3. В рамках модели, учитывающей как переходы под действием излучения накачки, так и переходы с верхнего лазерного уровня, получена зависимость амплитуды температурной решетки изменения показателя преломления от амплитуды решетки усиления при нестационарных вырожденных смешениях в неодимовых лазерных средах. На основании этой зависимости и экспериментальных данных определена фазовая составляющая решетки инверсной населенности в УА10з:Ш, обусловленная разностью поляризуемо-стей основного и возбужденных состояний иона N(1 .

4. На основании численного моделирования и экспериментального исследования развития генерации во взаимном петлевом резонаторе гологра-фического лазера на решетках усиления показано, что в активной среде такого лазера записывается решетка усиления, состоящая из двух пространственных областей, в которых фаза решетки отличается на к Показано, что режим генерации такого лазера в сильной степени зависит от оптической схемы резонатора.

5. Разработаны методы модуляции добротности взаимных петлевых резонаторов голографических лазеров на решетках усиления при помощи пассивного модулятора добротности, помещенного в пересечение внутрирезона-торных пучков, и при помощи внешнего ВРМБ-зеркала. В схеме лазера-генератора с ВРМБ и самонакачивающимся ОВФ зеркалами при использовании одного активного элемента из УАЮ3:Ш получены в импульсно-периодическом режиме мощные импульсы излучения модулированной добротности с расходимостью менее 2 дифракционных пределов.

124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Зельдович Б.Я., Поповичев В.И., Рагульский В.В., Файзуллов Ф.С. О связи между волновыми фронтами отраженного и возбуждающего света при вынужденном рассеянии Манделылтама-Бриллюэна. Письма в ЖЭТФ, 1972, т.15, № 3, с.160-164.

2. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Обращение волнового фронта. Москва, "Наука", 1985, 219 с.

3. Schelonka L.P. The fidelity of stimulated Brillouin scattering with weak aberrations. Optics communications, 1987, vol.64, No.3, pp.293-296.

4. Васильев А.Ф., Мак A.A., Митькин B.M., Серебряков В.А., Яшин В.Е. Исследование коррекции термонаведенных оптических искажений и когерентного фазирования пучков при вынужденном рассеянии Манделылтама-Бриллюэна. ЖТФ, 1986, т.56, вып.2, с.312-316.

5. Рысаков В.М., Аристов Ю.В., Короткое В.И., Обращение волнового фронта при вынужденном рассеянии Манделылтама-Бриллюэна сфокусированного пучка с малым числом угловых мод. ЖТФ, 1985, т.55, вып. 10, с.1955-1961.

6. Кирьянов Ю.Ф., Кочемасов Г.Г., Маслов Н.В., Шестакова И.В. Численное моделирование ОВФ при ВРМБ в сфокусированных пучках при сферических аберрациях волнового фронта. Квантовая электроника, 1991, т. 18, № 5, с.588-592

7. Васильев А.Ф., Митькин В.М., Шацев А.Н., Яшин В.Е. О точности коррекции плавных фазовых искажений методом ОВФ при ВРМБ сфокусированных пучков. Квантовая электроника, 1988, т.15, № 4, с.771-778.

8. Беспалов В.И., Бетин А.А., Пасманик Г.А. Экспериментальное исследование порога BP многомодовых световых пучков и степени воспроизведения накачки в рассеянном излучении. Известия ВУЗов, Радиофизика, 1977, т.20, №5, с.791-794.

9. Басиев Т.Т., Дианов Е.М., Карасик А.Я., Лучников А.В., Миров С.Б., Прохоров A.M. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна в много-модовом стеклянном волоконном световоде. Письма в ЖЭТФ, 1982, т.36, №3, с.85-87.

10. Heuer A, Menzel R. Phase-conjugating stimulated Brillouin scattering mirror for low powers and reflectivities above 90% in an internally tapered optical fiber. Optics Letters, 1998, Vol. 23, No. 11, pp. 834-836

11. Harrison R.G., Kovalev V/L, Lu W., Yu D. SBS self-phase conjugation of CW Nd:YAG laser radiation in an optical fibre. Optics Communications, 1999, v.163, pp. 208-211

12. Eichler H.J., Mocofanescu A., Riesbeck Th., Risse E., Bedau D. Stimulated Brillouin scattering in multimode fibers for optical phase conjugation. Optics Communications, 2002, v.208, pp. 427-431

13. Jones D.C., Mangir M.S., Rockwell D.A. A stimulated Brillouin scattering phase-conjugate mirror having a peak-power threshold < 100W. Optics Communications, 1996, v.123, pp. 175-181

14. Дудов A.M., Кромер С.Б., Куликов C.M., Николаев В.Д., Портнягин В.В., Сухарев С.А. Исследование конкурирующих нелинейных процессов в газообразном SF6 при накачке импульсами длительностью 2нсек. Письма в ЖЭТФ, 1981, т.ЗЗ, № 7, с.363-368.

15. Кормер С.Б., Кочемасов Г.Г., Куликов С.М., Николаев В.Д., Сухарев С.А. Применение нелинейных процессов для формирования субнаносекундных высококонтрастных лазерных импульсов. ЖЭТФ, 1982, т. 82, № 4, с. 10791090.

16. Паперный С.Б., Петров В.Ф., Серебряков В.А., Старцев В.Р. Конкуренция ВРМБ и оптического пробоя в аргоне. Квантовая электроника, 1983, т. 10, № з, с. 502-509.

17. Бубис E.JI., Дроботенко В.В., Кулагин О.В., Пасманик Г.А., Стасюк Н.И., Шилов A.A. Влияние теплового самовоздействия на возбуждение ВРМБ в поглощающих средах. Квантовая электроника, 1988, т.15, № 1, с.147-152.

18. Беспалов В.И., Бубис E.JL, Кулагин О.В., Пасманик Г.А., Шилов A.A. ВРМБ и ВТР импульсов микросекундной длительности. Квантовая электроника, 1991, т. 13, № 10, с.2044-2050.

19. Волынкин В.М., Гаврилов О.Д., Чертков A.A. ОВФ излучения микросекундной длительности при ВРМБ сфокусированных пучков. Письма в ЖТФ, 1986, т. 12, № 7, с.409-413.

20. Белоусов В.Н., Болыпов JT.A., Ковальский Н.Г., Низиенко Ю.К. Экспериментальное исследование обращения волнового фронта при вынужденных температурном и Манделыптам-Бриллюэновском рассеяниях в жидкостях. 1980, т. 79, №6, с. 2119-2125

21. Бузялис P.P., Дементьев A.C., Косенко Е.К. Экспериментальное исследование вынужденного рассеяния Манделынтама-Бриллюэна сфокусированных пучков в импульсно-периодическом режиме. Литовский физический сборник, 1985, т.25, № 1, с.68-79.

22. Андреев Н.Ф., Кулагин О.В., Палашов О.В., Пасманик Г.А., Хазанов Е.А. Влияние поглощения гиперзвука на работу ВРМБ-зеркала в импульсно-периодическом режиме. Квантовая электроника, 1994, т. 21, №11, с. 10581062

23. Алексеев В.Н., Дмитриев Д.И., Решетников В.И. ОВФ сканирующего пучка. Квантовая электроника, 1991, т. 18, № 1, с.111-113.

24. Басов Н.Г., Ефимков В.Ф., Зубарев И.Г., Котов A.B., Михайлов С.И., Смирнов М.Г. Обращение волнового фронта при ВРМБ деполяризованной накачки. Письма в ЖЭТФ, 1978, т. 28, № 4, с. 215-219

25. Басов Н.Г., Ефимков В.Ф., Зубарев И.Г., Котов A.B., Миронов А.Б., Михайлов С.И., Смирнов М.Г. Влияние некоторых параметров излучения наобращение волнового фронта накачки в бриллюэновском зеркале. Квантовая электроника, 1979, т.6, № 4, с.765-770

26. Глазков Д.А., Зубарев И.Г., Михайлов С.И. Обращение волнового фронта деполяризованного излучения. Квантовая электроника, 1988, т.15, № 10, с.2113-2118.

27. Мак A.A., Малинин Б.Г., Яшин В.Е. Некоторые проблемы применения обращения волнового фронта в твердотельных лазерных системах. Изв. АН СССР, 1990, т.54, №6, с. 1026-1035.

28. Васильев А.Ф., Крайнов В.В., Яшин В.Е. Особенности усиления импульсов и энергосъема в двухпроходовом усилителе на неодимовом стекле с ВРМБ-зеркалом. Квантовая электроника, 1990, т. 17, № 2, с 182-188.

29. Бетин A.A., Мидовский Н.Д., Рульков Н.Ф., Русов Н.Ю. Распространение пространственно неоднородного излучения в двухпроходовом усилителе с ОВФ-зеркалом. Известия ВУЗов, Радиофизика, 1986, т. 29, № 11, с. 13151323

30. Hon D.T. Pulse compression by stimulated Brillouin scattering. Optics Lett., 1980, v.5, № 12, p. 516-518.

31. Паперный С.Б., Петров В.Ф., Старцев С.Б. Наблюдение квазисолитонного взаимодействия при ВРМБ. Письма в ЖТФ, 1981, т. 7, № 7, с. 433-435

32. Галаган Б.И., Маненков A.A., Матюшин Г.А., Нечитайло B.C. Генерация субнаносекундных импульсов излучения при нестационарном ВРМБ в жидкостях. Изв. АН СССР, сер. физич., 1984, т. 48, № 9, с. 1782-1784

33. Бузялис P.P., Дементьев A.C., Косенко Е.К. Формирование субнаносекундных импульсов при ВРМБ излучения импульсно-периодического лазера. Квантовая электроника, 1985, т. 12, № 10, с. 2024-2028.

34. Степанова Т.Б., Хазов Л.Д., Никитин И.К. Оптический генератор вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в воде. Оптика и спектроскопия, 1970, т. 29, № 5, с. 970-974.

35. Андреев Н.Ф., Макаров А.И., Малыпаков А.Н., Палашов ОБ., Потемкин А.К., Хазанов Е.А. Исследование искажений формы лазерного импульса в многопроходовых усилителях С ВРМБ-зеркалом. Квантовая электроника, 1998, т. 25, № 1, с. 77-81.

36. Андреев Н.Ф., Палашов О.В., Хазанов Е.А. Перестройка длительности выходного импульса Nd:YAG лазера с ВРМБ-зеркалом. Квантовая электроника, 1999, т. 27, № 1, с. 32-36.

37. Аникеев И.Ю., Гордеев А.А., Зубарев И.Г., Миронов А.Б., Михайлов С.И. Импульсно-периодическая лазерная система с ОВФ на ИАГ. Квантовая электроника, 1990, т. 17, № 3, с. 295-297.

38. Riesbeck Т., Risse Е., Eichler H.J. Pulsed solid-state laser system with fiber phase conjugation and 315W average output power. Appl. Phys. B, 2001, v. 73, p. 847-849

39. Kovalev V. I., Harrison R. G. Diffraction limited output from a CW Nd:YAG master oscillatorrpower amplifier with fibre phase conjugate SBS mirror. Optics Communications, 1999, v. 166, p. 89-93

40. Кромер С.Б., Куликов C.M., Николаев В.Д., Сеник А.В., Сухарев С.А. Исследование возможности применения ВРМБ для повышения контраста лазерного излучения. Письма в ЖТФ, 1979, т. 5, № 4, с. 213-217.

41. Гулевич В.М., Илюхин А.А., Маслянкин В.А., Шелоболин А.В. Контраст излучения неодимового лазера с использованием обращения волнового фронта при ВРМБ. Квантовая электроника, 1982, т. 9, № 3, с. 537-541

42. TzulcY., Glick Y., Tilleman M.M. Compact ultra-high gain multi-pass Nd:YAG amplifier with a low passive reflection phase conjugate mirror. Optics Communications, 1999, v. 165, p. 237-244.

43. Батище С.А., Кузьмук А.А., Малевич H.A. Процессы, ограничивающие выходную энергию в лазерах на ИАГ:Ш с ОВФ-зеркалом на ВРМБ. Квантовая электроника, 1998, т. 25, № 5, с. 392-396

44. Васильев А.Ф., Мак A.A., Митькин В.М., Серебряков В.А., Яшин В.Е. Исследование коррекции термонаведенных оптических искажений и когерентного фазирования пучков при вынужденном рассеянии Манделыптама-Бриллюэна. ЖТФ, 1986, т.56, вып.2, с.312-316.

45. Грацианов К.В., Корнеев А.Ф., Любимов В.П., Мак A.A., Панков В.Г., Степанов А.И. Исследование усилителя с составным активным элементом и бриллюэновским зеркалом. Квантовая электроника, 1986, т.13, № 11, с.2337-2339.

46. Васильев А.Ф., Гладин С.Б., Яшин В.Е. Импульсно-периодический лазер на Nd:YA103 с фазированной при ОВФ-ВРМБ апертурой. Квантовая электроника, 1991, т. 18, № 5, с.545-548.

47. Пасманик Г.А., Хазанов Е.А. О точности фазировки двух ортогонально-поляризованных лазерных пучков при их совместном ОВФ посредством ЧВС световых волн с гиперзвуком. Квантовая электроника, 1989, т. 16, № 10, с. 2070-2073.

48. Андреев Н.Ф., Палашов О.В., Пасманик Г.А., Хазанов Е.А. Четырехканальный импульсно-периодический YAG:Nd-fla3ep с дифракционным качеством выходного излучения. Квантовая электроника, 1997, т.24, № 7, с. 581-585.

49. Eggleston J.M., Kane T.J., Kuhn К., Unternahrer J., Byer R.L. The slab geometry laser. Part I.-Theory, IEEE J. of Quantum Electron., 1984, vol. 20, No.3, pp.289-301.

50. Kane T.J., Eggleston J.M., Byer R.L. The slab geometry laser. Part II, Thermal effects in a finite slab. IEEE J of Quantum Electron., 1985, vol.21, No. , pp.1195-1209.

51. Denker B.I., Kertesz I., Kirjanov A.V., Kroo N., Maljutin A.A., Osico V.V., Sverchkov S.E., Sverchkov U.E. Repetitievly pulsed Nd-glass slab lasers. IEEE J. of Quantum Electron., 1989, vol. 25, No.9, pp. 1979-1980.

52. Eggleston J.M., Kane T.J., Unternahrer J., Byer R.L. Slab-geometry Nd:glass laser performance studies. Optics Letters, 1982, vol.7, No.9, pp.405-407.

53. Hayakava H., Maeda K., Ishikoiwa Т., Yokogama Т., Fujii Y. High average power Nd:Gd3Ga5012 slab laser. Jap. J. Appl. Phys., Pt2, 1987, v.26, №10, pp. L1623-L1625

54. Бродов M.E., Гиляров O.H., Иванов A.B., Куликовский Б.Н., Пашинин П.П. Восьмипроходный усилитель на плите из неодимового стекла с волноводной схемой и ОВФ. Квантовая электроника, 1987, т.14, № 10, с.1985-1987.

55. Hackel L.A., Miller J.L., Dane S.B. A high power regenerative laser amplifier system employing a phase conjugate mirror. Proc. of International Summer school on nonlinear optical phase conjugation. Prague, Aug.26-31, 1991, pp.72 -76.

56. Albrecht G., Eggleston J., Ewing J. Design and characterization of a high average power slab YAG laser. IEEE J. Quant. Electron. 1986, v.22, № 11, pp. 2099-2106

57. Zhang H., Du K., Li D., Shi P., Wang Y., Diart R. Diode-end-pumped elec-tro-optically ^-switched Nd:YLF slab laser. Applied Optics, 2004, v. 43, № 14, pp. 2940-2943

58. Pohl D. A new laser Q-switch-technique using stimulated Brillouin scattering. Physics Letters, 1967, v. A24, № 4, pp. 239-240

59. Тихонов E.A., Шпак M.T. Пассивная модуляция добротности твердотельных ОКГ, основанная на индуцированном рассеянии света Мандельштама-Бриллюэна. Письма в ЖЭТФ, 1968, т. 8, с. 282-285

60. Грасюк А.З., Рагульский В.В., Файзулов Ф.С. Формирование мощных наносекундных импульсов с помощью рассеяния Мандельштама-Бриллюэна и вынужденного комбинационного рассеяния. Письма в ЖЭТФ, 1969, т. 9, № 1, с. 11-14

61. Безродный В.И., Ибрагимов Ф.И., Кисленко В.И., Петренко Р.А., Стри-жевский B.JI., Тихонов Е.А. О механизме модуляции добротности лазера посредством внутрирезонаторного вынужденного рассеяния. Квантовая электроника, 1980, т. 7, № 3, с. 664-666

62. Ильичев Н.Н., Малютин А.А., Пашинин П.П. Лазер с дифракционной расходимостью излучения и модуляцией добротности с помощью ВРМБ. Квантовая электроника, 1982, т.9, № 9, с.1803-1808.

63. Pashinin P.P., Shklovsky E.J. Solid-state lasers with stimulated-Brillouin-scattering mirrors operating in the repetitive-pulse mode. Journal of Opt. Soc. Am. B, 1988, vol.5, No.9, pp.1957-1961.

64. Воскобойник Э.В., Пашинин П.П., Сидорин B.C., Шкловский Е.И. Увеличение размера моды в схеме лазера с ВРМБ-зеркалом. Квантовая электроника, 1995, т. 22, № 3, с. 242-244

65. Hill К.О., Kawasaki B.S., Johnson D.C. CW Brillouin laser. Appl. Phys. Letters., 1976, v.28, № 10, pp. 608-609

66. Wong G.K.N., Damzen M.J. Enhancement of the phase-conjugate stimulated Brillouin scatering process using optical feedback. Journal of modern optics, 1988, v. 35, №3, pp. 483-490

67. Meng H., Eichler H.J. Nd:YAG laser with a phase-conjugating mirror based on stimulated Brilloui scattering in SF6 gas. Optics Letters, 1991, v. 16, № 8, pp. 569-571.

68. Eichler H. J., Menzel R., and Schumann D. 10-W single-rod Nd:YAG laser with stimulated Brillouin scattering Q-switching mirror. Applied Optics, 1992, v. 31, No. 24, pp. 5038-5043

69. Anikeev I.Y., Munch J. Improved output power performance of a phase conjugated laser oscillator. Optical and Quantum Electronics, 1999, v. 31, pp. 545553

70. Soan P.J., Damzen M.J., Aboites V., Hutchinson M.H.R. Long-pulse self-starting stimulated-Brillouin-scattering resonator. Optics Letters, 1994, v. 19, No. 11, pp. 783-785

71. Anikeev I.Y., Munch J. Variation in the coherence length of a phase conjugating oscillator. Optics Communications, 2000, v. 178, pp. 449-456

72. Ostermeyer M., Heuer A., Menzel R. 27-W Average Output Power with 1.2*DL Beam Quality from a Single-Rod Nd:YAG Laser with Phase-Conjugating SBS Mirror. IEEE J. of Quantum Electronics, 1998, v. 34, №. 2, pp. 372-377

73. Вохник O.M., Михайлов B.A., Спажакин B.A., Терентьева И.В., Щербаков И.А. Твердотельный лазер с петлевым ВРМБ-зеркалом. Оптика и спектроскопия, 1995, т. 78, № 2, с. 338-340

74. Hellworth R.W. Generation of time-reversed wave by nonlinear refraction. J. Opt. Soc. Am., 1977, v. 67, № 1, pp. 1-3

75. Басов Н.Г., Зубарев И.Г., Котов A.B., Михайлов С.И., Смирнов М.Г. Обращение волнового фронта слабых сигналов при беспороговом отражении от Бриллюэновского зеркала. Квантовая электроника, 1979, т. 6, № 2, с. 394-397.

76. Андреев Н.Ф., Беспалов В.И., Киселев A.M., Матвеев А.З., Пасманик Г.А., Шилов А.А. Обращение волнового фронта слабых сигналов с большим коэффициентом отражения. Письма в ЖЭТФ, 1980, т. 32, № 11, с. 639-642.

77. Bloom D.M., Liao P.F., Economoou N.P. Observation of amplified reflection by degenerate four-wave mixing in atomic sodium vapor. Optics letters, 1978, v. 2,№ 3, pp.58-60.

78. Yariv A., Pepper D.M. Amplified reflection, phase conjugation, and oscillation in degenerate four-wave mixing. Optics letters, 1977, v. 1, № 1, pp.16-18.

79. Pepper D.M., Felcete D., Yariv A. Observation of amplified phase-conjugate reflection and optical parametric oscillation by degenerate four-wave mixing in a transparent medium. Appl. Phys. Lett., 1978, v. 33, № 1, pp. 41-44.

80. Одулов С.Г., Соскин M.C., Хижняк А.И. Лазеры на динамических решетках. Москва, "Наука", 1990, 271стр.

81. Auyeung J., Fekete D., Pepper D.M., Yariv A. A theoretical and experimental investigation of the modes of optical resonator with phase-conjugate mirrors. IEEE J. Quant. Electron, 1979, v. 15, № 10, pp. 1180-1188

82. Бельдюгин И.М., Зельдович Б.Я., Золотарев M.B., Шкунов В.В. Лазеры с обращающими волновой фронт зеркалами. Квантовая электроника, 1983, т. 12, № 12, с. 2394-2421.

83. White J.O., Cronin-Golomb М., Fisher В., Yariv A. Coherent oscillation by self-induced gratings in photorefractive crystal ВаТЮз. Appl. Phys. Lett., 1982, v. 40, № 6, pp.450-452

84. Feinberg J. Self-pumped, continuous-wave phase conjugator using internal reflection. Optics Letters, 1982, v. 7, № 10, pp. 486-488.

85. Cronin-Golomb M., Fisher В., White J.O., Yariv A. Passive phase conjugate mirror based on self-induced oscillation in an optical ring cavity. Appl. Phys. Lett., 1983, v. 42, № 11, pp. 919-921

86. Bespalov V.I., Betin A.A., Zhukov E.A., Mitropol'sky O.V., Rusov N.Yu. Phase conjugation of CO2 laser radiation in a medium with thermal nonlinearity. IEEE J. Quant. Electron, 1989, v. 25, № 3, pp. 360-367

87. Одинцов В.И., Рогачева Л.Ф., Эффективное обращение волнового фронта в режиме параметрической обратной связи. Письма в ЖЭТФ, 1982, т.36, № 8, с. 281-284

88. Антипов О.Л., Кужелев А.С. Параметрическое ОВФ лазерных пучков в слое нематического жидкого кристалла с невзаимной обратной связью. Квантовая электроника, 1995, т.22, № 1, с. 57-60

89. Khoo I. С., Li H., and Liang Y. Self-starting optical phase conjugation in dyed nematic liquid crystals with a stimulated thermal-scattering effect. Optics Letters, 1993, v. 18, No. 18 p.1490-1492

90. Fisher R., Feldman B. On-resonant phase-conjugate and amplification at 10.6 im in invertid C02. Optics Letters, 1979, v. 4, № 5, p. 140-142.

91. Tomita A. Phase conjugation using gain saturation ofNd:YAG:Nd laser. Appl. Phys. Lett, 1979, v. 34, № 7, p. 463-464.

92. Damzen M. J., Green R. P. M., Crofts G. J. High-reflectivity four-wave mixing by gain saturation of nanosecond and microsecond radiation in Nd:YAG. Optics letters, 1992, v. 17, No. 19, pp.1331-1333

93. Бердышев A.B., Бородин A.M., Гурашвили B.A., Киселев E.A., Кузьмин В.Н., Куриносов А.К., Морозов В.В., Напартович А.П., Туркин Н.Г. ОВФ излучения на инверсной среде электроионизационного СО-лазера. Квантовая электроника, 1996, т.23, №1, с. 47- 50

94. Brignon A., Huignard J.-P. Two-wave mixing in Nd:YAG by gain saturation Optics Letters, 1993, v. 18, No. 19 p. 1639-1641

95. Damzen M. J., Green R. P. M., Crofts G. J. Reflectivity and oscillation conditions of a gain medium in a self-conjugating loop geometry. Optics letters, 1994, v. 19, No. l,pp. 34-36

96. Кирсанов A.B., Яровой B.B. ОВФ спекл-неоднородного пучка ЧВОС-генератором на стекле с Nd. Квантовая электроника, 1997, т.24, № 3, с. 245250

97. Wittier О., Udaiyan D., Crofts G.J., Syed K.S., Damzen M.J. Characterization of a distortion-corrected Nd:YAG laser with a self-conjugating loop geometry. IEEE J. of Quantum Electron., 1999, v. 35, № 4, p. 656-663.

98. Бельдюгин И.М., Золотарев М.В., Киреев С.Е., Одинцов А.И. Лазер на парах меди с самонакачивающимся ОВФ-зеркалом. Квантовая электроника, 1986, т. 13, №4, с.825-827.

99. Денисов А.А., Куликов О.Л., Пилипецкий Н.Ф. Импульсный С02 лазер с самонакачивающимся зеркалом на четырехволновом смешении в активной среде лазера. Квантовая электроника, 1989, т. 16, № 4, с. 658-662.

100. Бельдюгин И.М., Беренберг В.А., Васильев А.Е., Мочалов И.В., Петни-кова В.М., Петровский Г.Т., Харченко М.А., Шувалов В.В. Твердотельные лазеры с самонакачивающимися ОВФ-зеркалами в активной среде. Квантовая электроника, 1989, т. 16, № 6, с. 1142-1145

101. Damzen М. J., Green R. P. М., and Syed К. S. Self-adaptive solid-state laser oscillator formed by dynamic gain-grating holograms, Optics letters, 1995, v. 20, No. 16, pp. 1704-1706

102. Sillard P., Brignon A., Huignard J.-P., and Pocholle J.-P. Self-pumped phase-conjugate diode-pumped Nd:YAG loop resonator, Optics letters, 1998, v. 23, No. 14, pp. 1093-1095

103. Trew M., Crofts G. J., Damzen M. J., Hendricks J., Mailis S., Shepherd D. PTropper., A. C., Eason R. W. Multiwatt continuous-wave adaptive laser resonator. Optics letters, 2000, v. 25, No. 18, pp. 1346-1348.

104. Minassian A., Crofts G.J., Damzen M.J. A tunable self-pumped phase-conjugate laser using Ti:sapphire slab amplifiers. Optics Communications, 1999, v. 161, pp. 338-344.

105. Thompson B. A., Minassian A., Eason R. W., Damzen M. J. Efficient operation of a solid-state adaptive laser oscillator. Applied Optics, 2002, v. 41, pp. 5638-5644.

106. Antipov O.L., Kuzhelev A.S., Vorob'yov V.A., Zinov'ev A.P. Pulse repetitive Nd:YAG laser with distributed feedback by self-induced population grating. Optics Communications, 1998, v. 152, pp. 313-318.

107. Antipov O.L., Kuzhelev A.S., Chausov D.V. Formation of dynamic cavity in a self-starting high-average-power Nd:YAG laser oscillator. Optics express, 1999, v. 5, No. 12, pp. 286-291.

108. Antipov O.L., Chausov D.V., Kuzhelev A.S., Vorob'ev V.A., Zinoviev A.P. 250-W Average-Power Nd :YAG Laser with Self-Adaptive Cavity Completed by Dynamic Refractive-Index Gratings. IEEE J. Quantum Electronics, 2001, v. 37, No. 5, pp. 716-724.

109. Eremeykin O.N., Antipov O.L., Minassian A., Damzen M.J. Efficient continuous-wave generation in a self-organizing diode-pumped Nd:YV04 laserwith a reciprocal dynamic holographic cavity. Optics Letters, 2004, v. 29, No. 20, pp. 2390-2392.

110. Antipov O.L., Eremeykin O.N., Ievlev A.V., Savikin A.P. Diode-pumped Nd:YAG laser with reciprocal dynamic holographic cavity. Optics Express, 2004, v. 12, No. 18, pp. 4313-4318

111. Антипов О.Л., Беляев С.И., Кужелев A.C. Вынужденное резонансное рассеяние световых волн в лазерных кристаллах с инверсной населенностью, Письма в ЖЭТФ, 1996, т.63, № 1, с. 13-18.

112. Antipov О. L., Belyaev S. I., Kuzhelev A. S., and Chausov D. V. Resonant two-wave mixing of optical beams by refractive-index and gain gratings in inverted Nd:YAG. J. Opt. Soc. Am. B, 1998, v. 15, No. 8, pp. 2276-2282

113. Riedel E.P., Baldwin G.D. Theory of optical distortion in isotropic laser materials. J. Appl. Phys, 1967, v. 38, No. 7, pp. 2720-2725

114. Riedel E.P., Baldwin G.D. Measurments of dynamic optical distortion in Nd-doped glass laser rods. J. Appl. Phys., 1967, v. 38, No. 7, p. 2726-2738

115. Powell R.C., Payne S.A., Chase L.L., Wilk G.D. Fore-wave mixing of Nd-doped crystal and glasses. Phys.Rev.B., 1990, v. 41, No. 13, pp. 8593-8602

116. Powell R.C., Payne S.A., Chase L.L., Wilke G.D. Index-of-refraction change in optically pumped solid-state laser materials. Opt. Lett., 1989, v. 14, No. 21, pp. 1204-1206

117. Бубнов М.М., Грудинин А.Б., Дианов Е.М., Прохоров A.M., Деформации резонатора лазера на неодимовом стекле, обусловленные изменением поляризуемости возбужденных ионов неодима. Квантовая электроника. 1978, т.5, № 2, с. 464-468.

118. Антипов O.JL, Кужелев А.С., Лукьянов А.Ю., Зиновьев А.П. Изменение показателя преломления лазерного кристалла Nd:YAG при возбуждении ионов Nd3+. Квантовая Электроника, 1998, т. 25, № 10, с. 891-898

119. Antipov О. L., Kuzhelev A. S., Chausov D. V., and Zinov'ev А. P. Dynamics of refractive-index changes in a Nd:YAG laser crystal under excitation of Nd ions. J. Opt. Soc. Am. B, 1999, v. 16, No. 7, pp. 1072-1079.

120. Антипов О.Л., Еремейкин О.Н., Савикин А.П. Спектроскопические исследования заселения высокоэнергетических уровней Nd-содержащих лазерных кристаллов при интенсивной накачке. Квантовая Электроника,2002, т. 32, № 9, с. 793-798.

121. Антипов О.Л., Еремейкин О.Н., Савикин А.П. Интерферометрические исследования электронных изменений показателя преломления лазерного кристалла Nd:YAG при интенсивной накачке. Квантовая Электроника,2003, т. 33, с. 861-868

122. Антипов О.Л., Кужелев А.С., Чаусов Д.В. Решетки показателя преломления в процессе резонансного четырехволнового смешения в Nd:YAG усилителе. Известия РАН. Серия физическая, 1999, т. 63, № 4, с. 740-747.

123. Antipov O.L., Kuzhelev A.S., and Chausov D.V. Nondegenerate four-wave-mixing measurements of a resonantly induced refractive-index grating in a Nd:YAG amplifier. Optics Letters, 1998, v. 23, No. 6, pp. 448-450

124. Bufetova G.A., Nikolaev D.A., Shcherbakov I.A., Tsvetkov Y.B. Nature of fore-wave mixing in Nd:YAG active rod. Laser Physics, 2003, v. 13, No. 2, pp. 245-247

125. Talbot H.F. Facts relating to optical science. Philos. Mag., 1836, v. 9, pp. 401407. (см. также Patorski K. The self-imaging phenomenon and its application. Progress in Optics, 1989, т. 27, pp. 3-108.)

126. Woerdman J.P. Diffraction of light by laser generated free carries in Si: dispersion or absorption? Physics Letters, 1970, v. 32A, No. 5, pp. 305-306

127. Галушкин М.Г., Митин K.B., Свиридов K.A. Четырехволновое взаимодействие на тепловой нелинейности в активных средах твердотельных лазеров. Квантовая Электроника, 1994, т. 21, № 12, с. 1157-1159

128. Pollnau M., Hardman P.J., Clarkson W.A., Hanna D.C. Upconversion, lifetime quenching, and ground-state bleaching in Nd:LiYF4. Optics Comms, 1998, v. 147, pp. 203-211

129. Chen Y.F., Liao C.C., Lan Y.P., Wang S.C. Determination of the Auger upconversion rate in fiber-coupled diode end-pumped Nd:YAG and Nd:YV04 crystals. Appl. Phys. B, 2000, v. 70, pp. 487-490

130. Pollnau M., Hardman P. J., Kern M. A., Clarkson W. A., Hanna D. C. Upcon-version-induced heat generation and thermal lensing in Nd:YLF and Nd:YAG. Physical Review B, 1998, v. 58, No. 24, pp. 16 076-16 092

131. Blows J.L., Omatsu T., Dawes J., Pask H., and Tateda M. Heat generation in Nd:YVO with and without laser action. IEEE Photonics Technology Letters, 1998, v. 10, No. 12, pp. 1727-1729

132. Fluck R., Hermann M.R., Hackel L.A. Energetic and thermal performance of high-gain diode-side-pumped Nd:YAG rods. Appl. Phys. B, 2000, v. 70, pp. 491-498

133. Comaskey В., Moran B.D., Albrecht G.F., Beach R.J. Characterization of the heat loading of Nd-doped YAG, YOS, YLF and GGG exited at diode pumping wavelengths. IEEE J. Quantum Electron., 1995, v. 31, No. 7, pp. 1261-1264.

134. Fan T.Y. Heat generation in Nd:YAG and Yb:YAG. IEEE J. Quantum Electron., 1993, v. 29, No. 6, pp. 1457-1459.

135. Dianov E.M., Karasik Y.A., Lutchnikov A.V., Pilipetskii A.N. Saturation effect at backward- stimulated scattering in the single-mode regime of interaction. Optical and Quntum Electronics, 1989, v. 21, pp.381-395.

136. Hanson F. and Poirier P. Multiple-wavelength operation of a diode-pumped Nd:YA103 laser. J. Opt. Soc. Am. B, 1995, v. 12, No. 7, pp. 1311-1315.

137. Dischler В., Ennen H. Polarized anisotropic photoluminescence of laser-related transitions in YA103:Nd and УА10з:Ег and line broadening by resonant lattice phonons. J. Appl. Phys., 1986, v. 60, No. 1, pp. 376-382.

138. Дубинский M.A., Столов A.Jl. Исследование 4/5d конфигурации иона Nd в кристаллах методом поглощения из возбужденного состояния. ФТТ, 1985, т. 27, №7, с. 2194-2196

139. Басиев Т.Т., Дергачев А.Ю., Орловский Ю.В., Осико В.В., Прохоров

140. A.M. Многофононная нано- и субнаносекундная релаксация с высоколе-жащих уровней ионов Nd в лазерных фторидах и оксидах, Труды ИОФРАН, 1994, т. 46, с. 3-60.

141. Penzkofer A. Solid state lasers. Prog. Quant. Electr., 1988, v. 12, pp. 291-427

142. Guy S., Bonner C. L., Shepherd D. P., Hanna D. C., Tropper A. C., Ferrand

143. B. High-Inversion Densities in Nd:YAG: Upconversion and Bleaching. IEEE J. Quantum Electron., 1998, v. 34, No.5, pp. 900-909.

144. Зверев Г.М., Голяев Ю.Д. Лазеры на кристаллах и их применение. Москва, "Радио и связь", 1994, с. 50

145. Guyot Y., Manaa Н., Rivoire J.Y., Moncorge R., Gamier N., Descroix E., Bon M., Laporte P. Excited-state-absorption and upconversion studies of Nd-doped single crystals Y3A150i2, YLiF4, and LaMgAluOi9. Phys. Rev. B, 1995, v. 51, No. 2, pp. 784-799.

146. Справочник по лазерам. Москва, "Советское радио", 1978, т. 2, с. 85

147. Antipov O.L., Eremeykin O.N., Savikin А.Р., Vorob'ev V.A., Bredikhin D.V., Kuznetsov M.S. Electronic Changes of Refractive Index in Intensively Pumped Nd:YAG Laser Crystals. IEEE J. Quantum Electron., 2003, v. 39, No. 7, pp. 910-918.