Влияние параметрической связи резонаторов на характеристики генерации многопучковых лазеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГб ОД

УДК 621.373.3,038.825 ; 534

ЛЕШКЕВИЧ Сергей Владимирович

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ РЕЗОНАТОРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАЦИИ МНОГОПУЧКО0ЫХ ЛАЗЕРОП

Ul.U4.21. - лааерная фшзиха

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фжэико математических наук

МИНСК 1997

Работа выполнена в НИИ прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко Белорусского государственного университета

Научные руководители : доктор физ.-мат. наук, ст.н.е.,

Саечников Владимир Алексеевич

кандидат техн. наук, ст.н.с, Зенченко Сергей Алексеевич

Официальные оппоненты : доктор физ.-мат. наук, ст.н.с,

Лешешок Николай Степанович

кандидат фйэ.-мат. наук, ст.н.с, А Дашков Александр Васильевич

Ведущая организация : Институт физики НАН Беларуси

Защита состоится 26 сентйбря 1997г. в . часов на ааседании совета по защите диссертаций Д 02.01.17 в Белорусском государственном университете (220080, г. Минск, пр. Ф.Скорины, 4.)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгосупиверги

Автореферат разослан

1997 г.

Ученый секретарь доктор фио.-мат. наук профессор

Е. С. Вороний

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Работа посвящена изучению особенностей генерации лазеров с несколькими резонаторами (многопучковых лазеров), пучки которых пересекаются в общей для них активной среде. Взаимодействие между резонаторами такого лазера обусловлено в основном нелинейными свойствами активной среды. Действительно, удаление активной среды делает резонаторы такого лазера совершенно независимыми.

Анализ процессов, происходящих в многопучковом лазере, позволяет уточнить механизмы взаимодействия излучения с веществом. Такой лазер представляет собой удобный объект для исследования различных нелинейных явлений, в том числе и эффектов самоорганизации. Таким образом, его изучение может оказаться полезным не только в научно-познавательном, но и в практическом плане.

Лазеры с двумя и более резонаторами, которые связаны между собой оптически (то есть взаимодействуют, обмениваясь частью генерируемого лазером излучения), изучались рядом авторов ио-оа того, что с помощью короткого резонатора, связанного различными способами с основным лазерным резонатором, легко достигается селекция продольных мод. Оптическое взаимодействие между несколькими лазерами сопровождается аналогичными явлениями.

В настоящее время связанные резонаторы интенсивно исследуются применительно к полупроводниковым лазерам, где задача монохро-матиаации генерируемого излучения с помощью внешнего резонатора остается актуальной. Кроме того, вызывают повышенный интерес разные типы не стабильно степ параметров лазера с внешним резонатором (coherence collapse), включающие хаотические режимы генерации и такое явление, как автомодуляция на частоте релаксационных колебаний. Последние возникают в полупроводниковых лазерах при относительно сильной связи с внешним резонатором.

В многопучковом лазере нетрадиционный мехгшпзм связи между резонаторами приводит к появлению качественно новых свойств. В нем начинают проявляться относительно медленные (с характерными постоянными времени порядка длины периода релаксационных колеба ний) эффекты, о бус лов ленные нелинейным характером взаимодеш шин пзлученйя с веществом активной среды. Среди них в первом ом«' редь следует отметить изменение спектров (к'лнкощпонных колебаний,

мультпстабильные состояния.

Многопучковые лазеры позволяют формировать внутри лазерной среды активные области практически любой формы. В частности, в д пух пупковом лазере изменение рапмеров активных областей позволяет в широких пределах варьировать отклик такого лазера на управляющие воздействие. Следовательно, эффективность внутрпрезонаторных методов управления пространственными, временными и спектральными характеристиками лазерного излучения может быть значительно увеличена. Это даст возможность использовать специфические методы внутриреоонаторной модуляции оптического излучения. При управлении оптическим сигналом такое устройство способно переключать свет и выполнять элементарные логические операции. Таким образом, многопучковый лазер можно рассматривать в перспективе как баяовый элемент оптических цифровых'систем обработки информации, что позволит качественно изменить методы обработки оптических сигналов

Известные к настоящему времени исследования многопучкового лазера имеют экспериментальный характер и большая их часть касается лазеров с импульсной накачкой, где наблюдение упомянутых явлений практически невозможно. Не было исследовано поведение такого лазера в режиме малых возмущений, хотя именно этот режим работы лазеров достаточно точно моделируется теоретически. В связи с этим теоретический анализ а экспериментальное изучение поведения многопучковых лазеров при различных режимах работы и способах модуляции излучения представляется достаточно своевременным.

бенности динамики многопучкового лазера, установление физических механизмов формирования излучения, поиск новых нетрадиционных методов внутрирезонаторного управления энергетическими, временными и пространственными параметрами излучения.

Для проведения экспериментальных исследований исиольповался лазер на кристалле алюмоиттриевого граната, активированного неодимом. Это связано с тем, что из-за благоприятного сочетания основных характеристик этого активного материала он стал наиболее удобным объектом для исследования фундаментальных закономерностей в квантовой оптике. С другой стороны, поведение одномодовых лазеров < широким набором активных сред, включая большинство твердотель ных, полупроводниковые и некоторые молекулярные (например СО2) во многом аналогично поведению лазера на К3Л/5О12 — Л'гР*.

явилось определение факторов, обуславливающих осо

Научная новиапа работы состоит в том, что впервые:

• Проведено системное исследование многопучкового лааера, для которого используются математические модели, учитывающие нелинейный характер взаимодействия излучения с веществом активной среды.

• Определено влияние связанности резонаторов на параметры переходных процессов в многопучковых лаоерах, если взаимодействие резонаторов обусловлено насыщением рабочего перехода.

• Показано, что при сильной связи резонаторов повышается чувствительность многопучкового лазера (отношение приращения из лучаемой мощности к величине приложенного воздействия). Исследованы ключевой режим работы- двухпучкового лазера и возможность его применения в системах цифровой обработки оптических сигналов.

• Экспериментально обнаружено явление оптической бистабильно-сти в двухпучковом лазере. Показано, что наличие бистабиль-ности связано с процессом взаимодействия пучков через динамическую дифракционную решетку, наводимую ими в лазерном кристалле, и обусловлено фоторефрактивностью активной среды.

Практическая значимость работы. В практическом плане (с точки рения использования многопучкового лазера в системах связи и выделительной технике в качестве базового элемента полностью оптиче-■ких цифровых систем обработки информации) наиболее интересными .шляются следующие результаты:

• Изучены статические и динамические характеристики многопучковых лазеров, показана возможность оптического управления параметрами генерируемого ими излучения. Предложены структурные схемы оптических элементов дискретной логики и устрой«."! н lia их основе.

• Показана возможность синхронизации собственных колебаний мн< -гопучкового лазера, что позволяет реализова ть сканирование излучения в пространстве и может найти применение в лазерных навигационных системах;

• В процессе экспериментальных и теоретических исследований получены результаты, позволяющие определить область параметров двухпучкового лазера, при которых возникает бистабильность.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Особенности динамики многопучкового лазера обусловлены нелинейностью активной среды, в которой пучки пересекаются и обмениваются энергией между собой. При непрерывной накачке взаимодействие резонаторов,связанное с насыщением рабочего перехода, приводит к расщеплению собственных частот релаксационных колебаний и появлению ряда нормальных колебаний с различными частотами. В результате синхронизации нормальных колебаний возникает режим пространственной модуляции световой мощности, аналогичный режиму синхронизации поперечных мод.

2. Параметрический характер связи резонаторов приводит к тому, что тонкие нелинейные эффекты проявляются в многонучковом лазере в непрерывном режиме при относительно невысокой ин-

• тенсивности светового поля. Примером является бистабильность в двухпучковом лазере с непрерывной накачкой, возникающая при уменьшении угла между осями резонаторов до некоторой критической величины. Чтобы объяснить появление бистабильности и оценить область параметров системы, где она возникает, кроме эффекта насыщения усиления в области пересечения пучков требуется дополнительно учесть влияние фазовой дифракциошюй решетки, наводимой в активной среде полем нескольких продольных мод, сосуществующих в генерирующем резонаторе.

3. Возможность применения многопучкового лазера в системах оптической цифровой обработки информации обусловлена тем, что при внутрирезонаторном управлении его чувствительность выше чем однопучкового лазера. В многопучковой системе небольшое возмущение приводит к значительному перераспределению генерируемого лазером излучения, практически не изменяя суммарной мощности. Это позволяет применять для управления параметрами излучения модуляторы (в том числе управляемые светом),

которые в других условиях малоэффективны, делает возможной реализацию оптических элементов дискретной логики и устройств на их основе.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

• Московском семинаре по физике и спектроскопии лазерных кристаллов (Москва, 1990);

• 8 Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" (Москва, 1990);

• Научно-технической конференции "Распознавание образов и анализ изображений" (Минск, 1993);

• Республиканской конференции молоДых ученых по квантовой электронике (Минск, 1994);

• Научно-технической конференции "Физика и техника плазмы" (Минск, 1994);

• Международной конференции по перестраиваемым твердотель ным лазерам (Минск, 1994);

• Семинаре "Нелинейные явления в сложных системах" (Минск, 1995);

• Республиканской научно-методической конференции "Применение лазерной и оптико-электронной техники в учебном процессе" (Минск, 1995).

Материалы диссертации изложены в 17 работах, опубликованных в научно-технических изданиях. Основные работы по теме диссертации приведены в списке литературы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста и включает 49 рисунков, 2 таблицы, список литературы состоящий из 132 наименовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обсуждаются возможности применения многолучевого принципа в квантовой электронике, коротко описываются основные особенности многопучковых лазеров. Обоснована актуальность темы, определены цели и задачи диссертационной работы.

Первая глава посвящена исследованию влияния на динамику многопучкового лаоера (рис.1) связи между его резонаторами, обусловленной

Рпс. 1: Модель многопучкового лазера.

нелинейным характером взаимодействия излучения с активной средой. Воздействие резонаторов друг на друга вызвано тем, что инверсная населенность в некоторой части активной среды модулируется излучением, генерируемым в нескольких резонаторах одновременно. Для теоретического изучения взаимодействия применяется идеализированная модель двухуровневого лазера. Предполагается, что накачка активной среды осуществляется непрерывно, во всех резонаторах осуществлен режим близкий к одномодовому.

В этом случае процесс установления стационарной генерации в обычных (однолучевих) лазерах с широким Набором активных сред представляет собой последовательность регулярных затухающих пульсаций, аналогичных колебаниям слабо демпфированного осциллятора, г выходом на генерацию с постоянным уровнем излучаемой мощности. Пулъсацип связаны с пперппопног.тыо процессов заселения и релаксации состояний активной среды и хорошо описываются балансными

уравнениями.

В таких условиях двухпучковый лазер существенно отличается от однопучкового (рис. 2). В каждом из резонаторов циркулирует иалу-

ф 1 1 . Амл- 1 АДл^ 1мкс,

25.6 и 1 51.2 \I\IW 1 76.8 ^ЛР^лР ^ллЛ/ ^МКС,

25.6

91.2

76.8

Рис. 2: Переходные колебания в двухпучковом лаоере.

чение со своими параметрами, поэтому в активном элементе формируется ряд характерных областей V, и определяемых границами пересечений пучков. Каждой ио них можно приписать свое значение инверсии Ь{. На насыщенное значение инверсной населенности в объеме, общем для двух пучков, влияет сумма интенсивностей излучения, циркулирующего в обоих резонаторах. Таким образом, исходя из уравнений баланса, динамика двухпучкового лазера описывается следующей системой уравнений: "

= *:-М1(Г)1-У1 + Ь-У -I) ЛУ^/Л = 1 • N2 ■ ф2 ■ Ц + Ь ■ V - 1)

¿Ь/сН = (1)

где Т\ - время релаксации верхнего лазерного уровня, 1С - время лп.нш фотона в резонаторе, А - превышение накачки над пороговым уровнем;

инверсные населенности,

N1 п N2 ~ числа фотонов, а 01, ^ п С нормированные на стационарные значения.

Линеаризация системы балансных уравнений для двухлучевого ла-г зера при —» 0 в консервативном приближении дает систему уравнении

сИ

0 0 -V

0 0 -V

А = 1 1

А, 1 0.

д2 0 1

О

ф»

■ д

Д|

д*

(2)

где Ф1 и Ф2 - превышение Л^ и N2, а Д, А\ и А2 - превышение Ь, Е) 1 и £>2 над стационарными у]>овнями. Имеющие физический смысл ее решения будут представлять собой-сумму собственных колебаний двух различных частот, расщепление между которыми определяется размерами области пересечения пучков в активной среде. Верхней собственной частоте соответствуют синфазные колебания интенсивности излучения в обоих резонаторах, нижней - противофазные. Используемая модель позволила с приемлемой точностью рассчитать зависимость частот собственных колебаний от угла между осями резонаторов и учесть влияние асимметрии системы на колебания в ней (график Вина).

По аналогии с двухпучковым лазером рассчитаны вид нормальных колебаний и собственные частоты для лазерной системы с четырьмя резонаторами. Показано, что многопучковый лазе!» следует рассматривать как распределенную колебательную систему с, вообще говоря, неэквидистантным спектром собственных частот. Найдены условия, при которых собственные колебания могут быть синхронизированы между собой. В этом случае может быть получена пространственная модуляция светозой мощности в многопучковом лазере - режпм, аналогичный спнхронизафщ поперечных мод, когда наблюдается высвечивание световой мощности поочередно в каждом из резонаторов при примерно постоянном уровне полной получаемой мощности, а излучение из отдельного резопатора имеет вид коротких периодических импульсов. На рис. 3 приведены расчетные зависимости от времени излучения, генерируемого в резонаторах четырехпучкового лазера прп синхронизации трех нижних по частоте колебаний.

Проведено численное моделирование переходных процессов в двух и

О

О

/

трехнучковых лазерах с использованием нелинейной системы балансных уравнении.

Многопучковыи лазер можно рассмааривать, как реализацию нелинейной одномс!)Ной решетки. Решением уравнения движения для такой решетки нередко бывают локализованные волны, сохраняющие свою структуру или форму (солитоны). Изучение условий существования таких решений представляет собой необычайно актуальную задачу, а многопучковый лазе]) является удобной моделью для исследования таких нелинейных явлении. Структуры, возникающие в нелинейных решетках, как правило, обладают аномально малым затуханием. Исходя из этого рассматривается возможность применения явлении самоорганизации для повышения эффективности различных методов модуляции излучения в многопучковом лазере.

Приводятся описание установки и результаты экспериментальных исследований переходных колебаний и их спектров в двухпучковом лазере с непрерывной накачкой при различных режимах модуляции потерь в одном из резонаторов. На рис. 2 представлен зарегистрированный экспериментально переходной процгее в двухпучковом лазер!1 в режиме малых возмущении. Такой процесс содержит колебания двух близких частот и аналогичен переходным колебаниям системы связанных резонаторе!) в радиотехнике. Изучено влияние перестройки одной из парциальных частот на частоты собственных колебаний двухпуч-кового лазера.

С помощью разработанной четырехканальной автоматизированной системы измерения формы сигналов (шаг дискретизации 0.05цс) исследованы характеристики мпогопучкового лазера с импульсной накачкой

Во второй главе определены требования, предъявляемые к резонатору многопучкового лазера. Предполагалось, что удовлетворить этим требованиям должны были резонаторы на основе цилиндрических и сферических зеркал. Показано, что сочетание общего сферического (или цилиндрического) зеркала (рис. 1) с тепловой линзой, наводимой в активном элементе излучением накачки, позволяет получить резонатор, обеспечивающий устойчивость для нескольких направлений одновременно, что значительно упрощает юстировку и делает его применимым для создапия многопучкового лазера. Исследуется устойчивость резонаторов, содержащих тепловую линзу.

На основе цилиндрической линзы с фокусным расстоянием 21см, ра-

диус кривизны которой находится вблизи центра непрерывно накачиваемого активного элемента УзА^Оц — N<jP+, оптическая сила тепловой лпнзы в котором составляла величину 3-4 Дптр, и трех плоских зеркал создал трехпучковый лазер. Экспериментальные исследования различных резонаторов показали, что по сравнению с резонатором с плоскими и параллельными зеркалами лазер со сферическим зеркалом становится слабо чувствительным к разъюстпровке плоских зеркал. Измерена область углов поворота плоских зеркал, при которых генерация не пропадает. Показано, что наличие тепловой лпнзы гарантирует оптимальное с точки зрения отбираемой мощности заполнение излучением активной среды и упрощает юстировку.

В третьей главе исследуются возможности построения оптических логических элементов и схем на основе многопучковых лазеров. Для этого теоретически и экспериментально изучается влияние добротности одного из резонаторов на стационарные значения выходной мощности, излучаемой в каждом из пучков.

Проведенные экспериментальные и теоретические исследования двух-пучкового лазера показывают, что изменение в нем размеров активных областей позволяет в широких пределах варьировать отклик лазера на несимметричное управляющее воздействие. Такое воздействие в общем случае приводит к перераспределению генерируемого излучения между резонаторами до полного гашения генерации в одном из резонаторов. При этом крутизна (отношение изменения выходной мощности к амплитуде управляющего воздействия) в такой системе значительно выше аналогичной характеристики однопучкового лазера. Другими словами, если размеры общей для двух пучков области активной среды относительно велики, то условия в ней практически неизменны при любом распределении генерируемого излучения между резонаторами, и в этом случае система обладает значительным внутренним усилением. При перекрывании одного из резонаторов многонучкового лазера не может быть создано значительное превышение инверсной населенности над стационарным уровнем, поэтому становится невозможной генерация гигантского импульса.

Значительный выигрыш в эффективности при внутрпрезонаторноп модуляции параметров лазерного излучения позволяет применить модуляторы добротности, которые в других условиях не эффективны. Если управление параметрами многопучкового лазера осуществляется оптическим сигналом, такая система становится аналогичной дпффе-

и

ренпиальному усилителю. Она способна переключать свет и выполнять .элементарные логические операции, что делает возможным ее использование в качестве базового элемента оптических цифровых систем обработки информации.

Процесс переключения генерации в двухпучковом лазере проходит в режиме, близком к линейному. Управляющее воздействие, необходимое для переключения такой системы, невелико, поэтому оно практически не возбуждает синфазное собственное колебание. Добротность противофазного колебания, как правило, ниже, чем у синфазного, поэтому стоит ожидать, что переходной процесс в такой системе будет слабо осциллирующим (рис. 4).

-АА,-А

Рис. 3: Синхронизация нормальных колебаний.

» 100 1&3

Рис. 4: Процесс переключения двухпучховоп системы

На основании проведенных исследований предложены и реализованы макеты лазерных логических элементов и устройств на их основе. Экспериментальные исследования показали, что внутрирезонаторная модуляция параметров многопучкового лазера может быть очень эффективной, в связи с чем появляется необходимость в разработке модуляторов света, приспособленных для специфических условий, и исследовании фпзнкп работы системы с таким модулятором. ,

В четвертой главе изучается бпстабпльность в двухпучковом лапе-ре с непрерывной накачкой. Экспериментально было обнаружено, что

уменьшение угла между осами резонаторов до некоторой критической величины, приводит к тому, что симметричное состояние, когда резонаторы генерируют одновременно, становится неустойчивым (рис. 5). В этом случае; состояние двухпучкового лазера зависит от предысто-

Рис. 5: Потенциал двухнучкового лазера (I - для среды не обладающей фоторефрактивными свойствами).

Рис. 6: Гистерезис в двух-пучковом лазере.

рии. Перекрывая генерирующий резонатор на короткое время, систему можно переключать между двумя состояниями.

Вариация в небольших пределах добротности резонаторов показывает неоднозначную зависимость интенсивности генерируемого резонаторами излучения. Система обладает гистерезисом (рис. 6), который имеет оптическую природу. Качественно объяснить это явление можно, если предположить, что в генерирующем резонаторе сосуществует несколько продольных мод. Поскольку внутри линии усиления активная среда обладает выраженными фоторефрактивными свойствами, наличие в резонаторе стоячей волны делает ее пространственно неоднородной. Характерные размеры неоднородноетей имеют порядок длины волны генерируемого излучения. Такая неоднородность эквивалентна объемной фазовой голограмме.

Излучение, распространяющееся п направлении, близком к оси ге-

нерирующего резонатора, испытывает дифракцию на такой пространственной структуре. Вследствие этого добротность пассивного резонатора снижается, что может быть достаточным для подавления в нем генерации. Оценки, полученные для кристалла длиной 10см, показали, что наводимая пространственная неоднородность может подавлять генерацию при углах между осями резонаторов, меньших 1° — 2°.

В заключении приведены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основании экспериментальных и теоретических исследований установлено, что при изучении динамики многопучкового лазера из различных явлений, вызывающих обмен энергией между резонаторами, существенными оказываются в основном эффекты, связанные с насыщением рабочего перехода.

2. Взаимодействие резонаторов, обусловленное насыщением рабочего перехода, приводит к расщеплению нормальных частот релаксационных колебаний и изменяет вид переходных процессов. В результате в спектрах переходных процессов появляются дополнительные линии, соответствующие различным собственным колебаниям многопучкового лазера.

3. Синхронизация нормальных колебаний в многопучковой системе с эквидистантным спектром собственных частот приводит к режиму пространственной модуляции световой мощности, аналогичному режиму синхронизации поперечных мод. Такой режим можно использовать для создания устройств сканирования.

4. При внутрирезонаторном управлении чувствительность многопучковой системы выше чем у однопучкового лазера. Это позволяет применять для управления параметрами излучения модуляторы (в том числе управляемые светом), которые в других условиях малоэффективны, делает возможной реализацию оптических элементов дискретной логики и устройств на их основе.

5. На основе мпогопучкового лазера возможно создание функционально полной системы элементов дискретной логики для систем цифровой обработки оптических сигналов. Реализованы макеты

базовых элементов дискретной логики, предложены схемы оптического мультиплексора и устройства динамической памяти.

6. Присутствие в реоонаторе двух и более продольных мод делает лазерную среду пространственно неоднородной. Это связано с тем, что ее диэлектрическая восприимчивость внутри линии усиления сильно зависит от частоты и интенсивности проходящего через активную среду излучения. Такая неоднородность эквивалентна объемной фазовой дифракционной решетке и является фактором, вызывающим бистабильность в двухпучковом лааере.

7. Предложена простая для юстировки схема многопучкового лазера с резонаторами нечувствительными к разъюстировке плоских зеркал. Резонаторы собраны на баое общего сферического (цилиндрического) зеркала, центр кривизны которого находится в центре лазерного кристалла. Устойчивость резонаторов обеспечивается за счет тепловой линзы, наводимой в кристалле излучением накачки.

Литература

[1] Зенченко С. А., Лешкевич С. В., Портнягин А. И., Пучек С. П., Филиппов А. И. Временная структура излучения двухпучкового лазера на с непрерывной накачкой в режиме малых возмущений // Квантовая электроника. - 1990. - Т.17, N7. - С.841-844.

[2] Зенченко С. А., Лешкевич С. В. Динамика генерации в многопучковом лазере на УзА1&Оц — // Оптика и спектроскопия. -1990. - Т.60, N5. - С.1134-1141.

[3] Зенченко С. А., Лешкевич С. В., Пучек С. II. Об особенностях генерации в многопучковых лазерах // 8 ВНТК "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение". Тез. докл. конф. - Москва. 1990. - С.200.

[4] Зенченко С. А., Лешкевич С. В. Резонатор дм многонучкового лазера // Вестник БГУ. Сер.1. - 1993. - N2. - С.41-44.

[5] Зенченко С. А., Леппсевич С. В., Пранович В. И. Цифровая оптика: лазерные логические элементы // НТК "Распознавание образов и анализ изображений". Тез. докл. конф. - ИТК АН Беларуси. Минск. - 1993. - С.66-68.

|б] С. А. Зенченко, С. В. Лешкевич, В. И. Пранович. Цифровая оптика: Лазерные аналого - динамические запоминающие устройства. // Там же. С.69-70.

[7] С. А. Зенченко, С. В. Лешкевич, В. И. Пранович. Цифровая оптика: Оптические источники питания на основе лазеров с синхронизацией мод. // Там же. С.70-71

. [8] С. А. Зенченжо, С. В. Лешкевич, В. И. Пранович. Цифровая оптика: Межмодульные линии связи. // Там же С.72-74.

[9] Лешкевич С. В., Пранович В. И. Многоканальная система регистрации однократных сигналов нано- и микросекундного диапазона // Приборы и техника эксперимента. - 1994. - N2. - С.57-61.

[10] Зенчепко С. А., Кончаков П. Д., Лешкевич С. В., Пранович В. И. Оптические логические элементы на основе трехпучкового лазера // Квантовая электроника. - 1994. - Т.21, N2. - С.107-108.

[11] Лешкевич С. В. Бистабильность в двухпучховом лазере с непрерывной накачкой. // Республиканская конференция молодых ученых по квантовой электронике. Тез. докл. конф. - Ротапринт Бел-госуниверситета. Минск. - 1994. - С.26.

[12] С. В. Лешкевич. Оптический логический олемент на основе многопучкового лазера. // Там же. С.51.

[13] С. В. Лешкевич, С. А. Лойко. Автоматизированная система для исследования многопучкового лазера. // Там же. С.52.

[14] С. В. Лешкевич, С. А. Лойко, В. И. Пранович. Четырехканальная система регистрации нестационарных сигналов диапазона 5-150нс. // Материалы конференции "Физика и техника плазмы". - Том 1. - Минск : Ротапринт БГУ, 1994. - С.444-447.

[15] Зенченко С. А., Лойко С. А., Лешкевич С. В., Правовым В. И. Автоматизированная четырехканальная система регистрации сигналов диапазона 0.05 12мкс // Там же. С.448-451.

[16] Зенченко С. А., Лешкевич С. В., Пранович В. И. Оптические логические элементы на основе многопучковых лазеров // Bect{t Акад-эми навук Беларусл. Сер. фи.-мат. навук. - 1995. - N1. - С.100-102.

[17] Зенченко С. А., Лешкевич С. В., Минько А. А., Пранович В. И., Сидоренко М. М. Автоматизация исследований но взаимодействию излучения с веществом. // Применение лазерной и оптико-электронной техники в учебном процессе. Тез. докл. респ. Научно-метод. конф. ■ Минск : Ротапринт БГУ, 1995. - С.28.

РЭЗЮМЭ

Ляшкешч Сяргей Улад:тправ1ч : Уплы^ параметрычнага ^оаема-доеяння рэоаиатараУ на характэрыстьип геперацы! тматпуч-копых лазера^.

Гистабшьнаспь, нармальныя ваганш, пелшепнаспь, аптычная апра-цоука, рэлаксацыпныя працасы, самааргашзацьш, фотарзфрак-тыунасць, пеплавыя скажзнш, чыннае асяроддое

Вывучаеппа лапср о некальюма рэзанатарам], пучы яых перахры-жоуваюцца у агульным для ¡х чынпым асяродзь Уплыу рооапнтарау адгин на аднаго у такш напори здзяйсняецца тольк! прао чыннае ася-родзе » абумоулены яго нелшейным1 уласшвнспямь

Мзтай прапы было высветлщь фЫчныя працэсы, як1я выоначаюць адметнагць шматпучковых лаоерау 1 выявщь уплыу таих працэсау на характарыстык! лаоерау 1 параметры генерыраванага выпрамень-вапня.

Для тэарэтычных 1 л1чбавых даследаванняу выкарыстоувауся шэраг клаачных мадэляу, як1я адлюстроуваюпь узаемадзеянне выпрамень-ваппя о рэчывам 1 прыдатны для мадзл1равання працегау у лаоеры, у тым ллку балангныя ураунення 1 напаловуклаачнае набл1жгэпне. Экспе-рыментальныя даследавашп грунтавалкь на адначасовым анал1заванш працэсеау выпраменьвапня у розных рэзанатарах.

Засведчаны:

- уплыу узаомасувяз1 пашж рэзанатараш на пераходныя працэсы у шматпучковых лазерах;

- магчымаспь атрымання з'явы, падобнап з'яве сшхрашзацьп па-пярочных мод;

- прысутнаспь унутранпага узмацнепня 1 магчымаспь палкам аптыч-нага юравання уласшваспяш выпраменьвання;

- паяунаспь фотарэфрактыунасщ чыннага асяродзя 1 яе роля у з'яуленю бнпаГильнасш у двухпучковым лазеры.

Раоглядаюнпа магчымасщ скарыстання шматпучковага лазера у Нст-эмнх с>вяз1 1 .-пчбапай тэхшке як базавага элемента палкам аптычных лНбапмх пстэм апрацоую ¡нфармапьй.

РЕЗЮМЕ

Лешкевич Сергей Владимирович : Влияние параметрической сва-ои резонаторов на характеристики генерации многопучковых лаоеров.

активная среда, бистабильность, нелинейность, нормальные колебания, оптическая обработка, релаксационные процессы, самоорганизация, тепловые искажения, фоторефрактивность

Исследуется лазер с несколькими резонаторами, пучки которых пересекаются в общей для них активной среде. Взаимодействие между резонаторами такого лазера осуществляется только через активную среду и обусловлено ее нелинейными свойствами.

Целью диссертационной работы было установить физические процессы, определяющие особенности многопучковых лазеров и выяснить влияние этих процессов на характеристики лаоеров и параметры генерируемого ими излучения.

Для теоретических и численных исследований использовался ряд классических моделей, описывающих взаимодействие получения с веществом и применимых для описания процессов в лазере, в том числе балансные уравнения, полу классическая теория. Экспериментальное изучение основывалось на параллельном амплитудно-временном анализе процессов генерации в различных пучках.

Показано

-- влияние взаимодействия между резонаторами на релаксационные процессы в лазере; ■

- возможность получения режима, аналогичного режиму синхрони-оации поперечных мод;

- наличие внутреннего усиления и возможность чисто оптического управления параметрами излучения;

- наличие фоторефрактивности в активных средах и ее роль в возникновении бистабпльностп в двухпучковом лазере.

Рассматривается возможность использования многопучкового лазера в системах связи и вычислительной технике как базового элемента Полностью оптических цифровых пн гем обрибоаьн информации.

SUMMARY

Leshkevich Sergey : The influence of the resonators parametrleal Interaction on generation characteristics of multibeam lasers.

active medium, Instability, collective effects, nonlinearity, normal oscillations, optical processing, photorefractivity, relaxation processes, termal distortion

The laser with few resonators which beams intersect in the common active medium is studied. The resonators interaction of such a laser is mainly due to the active medium and is attributed to its nonlinearity.

The aim of the work was to find physical processes which determine the performance of multibeam lasers and to elucidate the influence of these processes on laser characteristics and generation properties.

A number of classical models was used including balance equations and the semi-classical approximation for describing the radiation with substance interaction in the laser. The experimental study was based on the parallel prosess analysis of lasing in different beams.

It was shown the following:

- the resonators interaction influence on relaxational oscillations in the multibeam laser;

- the spatial modulation possibility similar to transverse mode-locking;

- the internal amplification and the possibility of all-optical modulation of radiation properties;

the active medium photo-refractivity and its influence on the bistability

The possibility of multibeam lasfcfs application in the communication and computers as the base element of all-optical systems for digital processing of information is discussed.

effect.