Внутрирезонаторная оптическая накачка субмиллиметровых лазеров на парах спиртов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Г 1 и

V 1 •

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

ВНУТРИРЕЗОНАТОРНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ЙЩАЧКА СУБШМИМЕГРОВЬЙ ЛАЗЕРОВ НА ПАРАХ СПИРТОВ

01.04.21 - лазерная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

им. Б.И. Степанова

На правах рукописи

Г А И К О Олег Львович

МИНСК- 1993

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Иституте физики им. Б.И. Степанова АН Беларуси

Научный руководитель:

доктор физ.-мат. наук, профессор Орлов Л.Н.

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор Фомин Н.А.

кандидат физ.-мат. наук Ажаронок В.В.

Ведущая .организация:

Физико-технический институт АН Беларуси

Защита состоится "/(ДГ^ _1993 г. в 14.00 часов на

заседании специализированного совета К 006.01.01 по задате диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук в Институте физики им. Б.И.Степанова АНБ (220072,Минск,пр.Сйорины,70).

С диссертацией можно ознакониться в библиотеке Института физики АНБ. ,

Автореферат разослан " л'* " I -у Щ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета . кандидат физ.-шт. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальности тема. Решение ряда задач молекулярной спектроскопии высокого разрешения, диагностики плазмы, физики и химии твердого тела, астрофизики и интроскопии требует освоения малоизученного субкмлИмэтрового (СУШ® диапазона длин волн от 30 до 3000 мкм, которой сдерживается из-за отсутствия мощных монохроматических источников излучения.

Эффективность лазерных Источников в СУБММ области, возбуждаемых электрическим разрядом ограничена несвлективностью воз-бувдениЯ и диссоциацией рабочих молекул. Эти недостатки устранены в СУБШ Лазерах о оптической накачкой мощными И эффективными С02 лазерами, спектр генерации которых совпадает с полосами поглощения большого числа многоатомных молекул. Наибольшая Мощность генерации о непрерывном режиме получена при использовании метанола (СН30!Э в качестёз рабочего вещества на линии Н8,8 икм.

При традиционно».» методе возбуждения рабочее вещество в кювете СУЕММ Лазера накачивается излучением внешнего автоношого лазера накачки. Очевидными недостатками такого метода является сложность оптимизации диаметра отверстия связи и низкая эффективность использования излучения накачки.

Значительными преимуществами обладает способ внутрирезона-торной оптической накачки, сущность которого заключается в размещении рабочего венэства внутри резонатора лазера накачки, фи этом поглощения в рабочем веществе является практически единственной нагрузкой лазера накачки, уменьшается потери излучения накачки и увеличивается плотность мопгтости накачки. Однако к моменту постановки данной работы окидаешго увеличения мощности генерации при внутрирезоНаторной накачке не бьипо достигнуто ни в одном из известим вариантов СУЕ.Й молекулярных лазеров с внутрирезонаторной оптической накачкой (МЛБОЮ . Реализация вну-трирезонаторного способа накачки СУЕММ лазера потребовала проведения ряда дополнительных экспериментальных и. теоретических исследований.

Целью диссертационной работы являлось исследование основных Физических принципов работы и создание мощного СУБММ МЛВОН.

Для достижения поставленной цели потребовалось разработать методы и измерить параметры линия поглощения молекул ряда простых спиртов и их дейтеропроиэводных на частотах генерации С02 лазера, экспериментально определить наиболее эффективные режимы генерации С0г лазера с поглотителем в резонаторе для получения мощной генерации СУЕШ излучения при Внутрирезонаторной оптической накачке, исследовать особенности конструирования резонатора и возможность создания мощного СУЕШ МЛВОН.

Научная новизна проведенных экспериментальных и теоретических исследований заключается в следующем:

- Разработаны методики и измерены спектральные коэффициенты поглощения, отстройки линий поглощения относительно частот генерации С02 лазера низкого давления, интенсивности насыщения поглощения и коэффициенты Эйнштейна для большого числа колебательно -вращательных переходов молекул ряда простых спиртов и их дейтеропроиэводных. Экспериментально обнаружена аномальная зависимость интенсивности насыщения линий поглощения молекул СН30Н и СД30Д от их концентрации в области малых давлений газа.

- Экспериментально реализованы и исследованы новые регулярные режимы и сценарии перехода к хаотическому режиму генерации С02 лазера с парами СН30Н и этанола <С2Н50Н) в качестве насыщающегося поглотителя (НТО в резонаторе. Экспериментально изучено влияние знака отстройки линий поглощения НИ рт частоты генерации на динамику генерации С02 лазера с Щ в резонаторе.

- Методом численного моделирования продемонстрирована эффективность моноимпульсного режима генерации СУБММ МЛВОН. Показано, что в моноимпульсном режима генерации Ш1В0Н можно на порядок повысить удельный энергосъем и эффективность преобразования излучения накачки в излучение генерации в СУБИМ области и на два порядка увеличить мощность генерации СУБММ излучения. Предложено и реализовано несколько вариантов устройств МДВОН.

Практическая значимость работы,

- Измеренные параметры линий поглощения молекул ряда простых спиртов на частотах генерации С02 лазера могут использоваться для оценки перспективности этих веществ в качестве активных сред в МЛВОН, при создании и численном моделировании С0г лазеров с Ш1 в резонаторе, решении ряда задач молекулярной

спектроскопии, астрофизики и лазерной химии.

- Исследование динамики регулярных режимов генерации С02 лазера с ИП в резонатора позволяют выбрать наиболее эффективный режим генерации лазера накачки для СУЕШ МЛВОН. С другой стороны, эти исследования указьгаает на возможность использования их для создания лазерных систем зондирования атмосферы, локации и распознавание обгсктов, оптической связи, кодирования сигналов Информации и решения различных технологических задач по лазерной обработке материалов.

- Экспериментальные и теоретические исследования , параметров СУБММ МЛВОН позволили создать физические основы расчета и конструирования относительно компактных и мойных источников когерентного излучения в СУБММ диапазоне. Совместно с СКТБ с ОП Института физики AHE создало несколько экспериментальных макетов СУБММ Ш1В0Н на базе универсальной кюветы "Полярон-2". Один из них передан в 1ST РАН для проведения исследований по диагностике низкотемпературной плазмы. СУБММ КЛВОН, работаший в моноинпульсном режиме генерации при накачке излучением TEA СО, лазером, предложено использовать для зондирования и диагностики высокотемпературной плазш.

{ia зэ.'вчту аычссятся слядуюииа пологгания;

- методики и результаты измерений кндичин спектральных коэффициентов поглоютния, отстройки линий поглоет-шя относительно частот генерации С0П лазера низкого давления, интенсивности насьпаэния хиний поглоквния и коэффициенты ?йнетейиз для колебательно-вращательных переходов молекулы СН30Н и ее дейтеро-произтюяной на частотах гс-нерании С02 лазера;

- в облпсти низких давлений <15+150 Па) величина интенсивности насицгопя линий поглощения СН30Н и СД30Д на частотах генераций С0о лазера с увеличением давления укбньешзтся;

- при сканировании частоты в пределах контура усиления □ COg лазере с парами СП30Н и С2Н50Н в качестве НП в резонатора наблюдаются новые типы регулярных .режимов генерации импульсов пассивной модуляции добротности и новые сценарии перехода от регулярных режимов генерации « хаотическому;

- при внутрирезонаторной оптической накачке в моноимпульсном режиме генерации СУБММ лазера на парах СН30Н удельный энер-

госъем и эффективность преобразования накачки на порядок выше, чем при внерезонаторной накачке, что связано с уменьшением потерь и возрастанием мощности накачки.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсукдались на V Республиканской конференции молодых ученьи по спектроскопии и квантовой электронике (Вильнюс, 1981), 1 Межреспубликанской конференции "Проблемы создания и применения в народном хозяйстве лазерной и Оптозлектронной техники" (Минск, 1982), VI Межреспубликанском семинаре по квантовой электронике И лазерной спектроскопии (Вильнюс! 1984), IV и V Всесоюзных совещаниях по диагностике высокотемпературной плазмы (Алушта, 1986, Минск, 1930) , Всесоюзном совещании "Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах" (Томск, 1986),' V и VIII Литовско-релорусском семинарах "Лазеры и оптическая нелинейность" (Минск, 1884, Вильнюс, 1386), II Европейской конференции по квантовой, электронике (Дрезден, 1989), VI Всесоюзной конференции "Оптика лаз еров-60" (Ленинград, 1930), Международной конференции по миллиметровым волнам и технологии В дальнем ИК диапазоне (Пекин, 1990), I 1Ьвогюлац-ком семинаре "Нелинейные явления в сложных системах'' (Полоцк, 1992) .научных семинарах лаборатории обшей спектроскопии ИФ АНБ.

По тема диссертации опубликована 22 научные работы, включающие 9 статей, 3 препринта, 10 тезисов докладов в трудна конференций; получено Б авторских свидетельств на изобретения; написано 7 отчетов по завершенным НИР,

Структура и объем работы» Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы, вклкмаю-щэй 159 Наименований. Общий объем работц содержит 179 страниц, й том числе 132 машинописного текста, 3? рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЦ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель работы, определены научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводятся описание методик и результаты измерения параметров линий поглощения молекул ряда простых спи-

ртов и их дейтеропроиэводных на частотах генерации С02 лазера низкого давления.

На основании анализа механизма генерации на врагаательных переходах при резонансной оптической накачке показано, что мощность генерации СУБММ МЛВОН зависит от таких параметров линий поглощения молекул активной среды, как спектральный коэффициент поглощения К^, отстройка Оу центра линии поглощения от центра линии лазера накачки, интенсивность насыкения 1а и коэффициент Эйнштейна А21.

В раздела 1.1 описана экспериментальная установка, на которой проводились измерения параметров линий поглощения, состоявшая из перестраиваемого и стабилизированного по частоте С02 лазера непрерывного действия и измерительной кюветы, которая заполнялась парами исследуемого вещества. Лазер генерировал в одномодовом рвкимв на одной из 86 линий Р- и И-ветвей переходов 00°1~10°0 и 00°1-02°0 молекулы С02. Относительная нестабильность частоты генерации не превышала 2.10_а при долговременной нестабильности мощности менее 10~2. Измерительная кювета представляла собой медную трубку с внутренним диаметром 29 мм и длиной 2 м. В качестве фотоприемников использовались охлаждаемые фоторезисторы ФСГ-22, сигналы с которых, несусиэ информацию об интенсивнсстях промоделированного лазерного луча на входа в кювету и после нее, усиливались, синхронно детектировались фазочувствительными нзнопольтмэтрами типа 232 В и поступали на блок измерений отношений напряжений цифрового вольтметра В?-23.

Для измерения К^ применялся двухканальный абсорбционный метод. Были измерены величины спектральных коэффициентов поглощения паров СН30Н, СД30Д, С2Н50Н, С3Нт0Н и СдНд0Н на частотах генерации переходов 00°1-10°0 и 00°1-02°а С02 лазера.

Частота излучения накачки обычно не совпадает с частотой линии поглощения рабочего веп^ства СУЕЬМ лазера на величину, называемую отстройкой Су. Для поиска способов оптимизации мощности генерации СУБММ излучения необходимо знать эту величину. В разделе 1.2 описана оригинальная методика определения отстройки Су, основанная на измерэнии зависимости коэффициента поглощения от давления, для случая, когда контур линии поглощения можно аппроксимировать лоренцезской функцией. По этой методике

были измерены величины 6р для ряда линий поглощения молекул СН30Н и СД30Д.

В разделе 1.3 на основании измеренных величин Кр и ¿V описан способ определения коэффициентов Эйнштейна для спонтанных колебательно-вращательных переходов А21, соответствуют« линиям поглощения из основного на первое возбужденное колебательное состояние молекулы, которые относятся к важнейшим спектроскопическим характеристикам веществ. Приведены результаты определения А21 линий поглощения СН30Н на частотах генерации С02 лазера.

При взаимодействии лазерного излучения с веществом необходимо учитывать эффект насыщения, который характеризуется интенсивностью насыщения поглощения 1а. Б разделе 1.4 описана методика и представлены результаты экспериментального определения 1а линий поглощения СН30Н и СД30Д, Для ряда линий поглощения СН30Н и СД30Д измерена зависимость 1д от давления. Показано, что в области низких давлений ИБ-ИШ Па) газа величина I уменьшается по мере увеличения давления. Это отличается от общепринятой аппроксимации, когда 1а пропорциональна квадрату давления. Измеренная зависимость 1аат давления подобна зависимости скорости колебательной релаксации Гу от давления в области низких концентраций газа, экспериментально исследованной в работах других авторов. Скорость колебательной релаксации Г„ определяется суммой (Гдиф + Г^); в области высоких давлений (>150 Па) слагаемым Г можно пренебречь и 1а пропорциональна квадрату давления; в ооласти относительно низких давлений релаксация определяется слагаемым Гд^*, , которое обратно пропорционально давлению газа. Так как в этой области давлений ширина линий поглощения определяется независящим от давления доплеровским уши-рением, то обнаруженная нами зависимость 1в от давления фактически повторяет ход зависимости Гдиф_ от давления. С другой стороны, обнаруженная аномальная зависимость 1в от давления в работе качественно объясняется с учетом тепловых аффектов в разреженном газе, когда по мере уменьшения давления снижается роль основного механизма отвода тепла: теплопроводности газа, в результате чего возникают значительные локальные перегревы газа в приосевой области ккееты, приводящие к росту 1а.

В разделе 1.Б в рамках системы кинетических уравнений, используя стандартные методы расчета, проведен теоретический анализ стационарного режима генерации СУБММ МЛВОН. Показано, что при внутрироэонаторпой оптической накачке, за счет увеличения мощности накачки, может быть существенно повышена мощность генерации СУБММ излучения. Экспериментальные исследования, проведенные на установке "Полярон", подтвердили справедливость теоретических оценок. На четырех наиболее интенсивных линиях 70,0, 80,3, 118,8 и 165 мкм в СН30Н были получены мощности генерации от 5 до 15 мВт при мощности накачки в многомодовом режиме от 20 до 40 Вт, что соответствует увеличению КПД в 3*5 раз по сравнению с внерезонаторной схемой накачки.

Однако эти исследования продемонстрировали, что стационарный режим генерации наблюдается только при малых мощностях накачки и низком давлении паров активного вещества, при повышении которых происходит переход к нестационарному режиму генерации лазера накачки и СУБММ лазера. Анализ наблюдавшихся режимов показал, что в нестационарном устойчивом режиме генерации лазера накачки можно получить болев высокие мощности генерации СУБММ излучения. Это потребовало проведения детальных экспериментальных исследований динамики генерации С02 лазера с НП в резонаторе с целью выбора наиболее эффективного рейта генерации лазера накачки СУБММ МЛВОН.

Во второй глаяо описаны экспериментальные исследования динамики генерации С0г лазера с параш СН30Н и СгН50Н в качестве НП в резонаторе, работашего в решив пассивной модуляции добротности (ПМД). Для проведении этих исследований была создана экспериментальная установка, описанная в разделе 2.1. Эта установка представляла собой перестраиваемый по длинам волн С02 лазер, внутри резонатора которого находилась кювета длиной 1 м с парами НП. Излучение С02 лазера с НП поступало на фоторезистор типа ФСГ-22 с постоянной времени < 100 не и регистрировалось запоминающим осциллографом С8-13. Стабилизированный блок питания с регулировкой тока разряда в пределах от 10 до 30 мА и использование в качестве НП паров СН30Н и С£Н50Н, обладающих линиями поглощения с существенно различными Ку, <3ъ> и I , позволяли в широких пределах варьировать параметры усиливающей и по-

глотающей сред, что обеспечивало на данной установке возможность получения и исследования разнообразных регулярных режимов генерации и сценариев перехода к хаосу, которые не наблюдались ранее.

Использование в установке модулятора-лрерывателя позволило наблюдать и исследовать участок установления различных режимов генерации с ПМД и его зависимость от давления НП и тока разряда в активной среде. Наличие этого участка обусловлено малой величиной скорости колебательной релаксации НП. С увеличением давления время установления всех режимов генерации уменьшается, а зависимость этого времени от тока коррелирует с зависимостью мощности генерации лазера от тока без НП в резонаторе.

Управляющими параметрами в С02 лазере с НП обычно являются давление НП, ток разряда и частота генерации. Изменение одного из этих параметров сопровождается определенной последовательностью режимов генерации лазера. Было установленно, что наибольшее разнообразие регулярных режимов наблюдается при фиксированных значениях величин давления и тока и использовании в качестве управляющего параметра частоты генерации. В нашей установке сканирование частоты в пределах контура усиления осуществлялось плавным изменением длины резонатора при помоет пьезокорректора КП-1, на котором была укреплена дифракционная решетка. Было обнаружено, что форма импульсов ПМД изменяется в пределах контура усиления от гладкой клинообразной с различной длительностью (1+3 мкс) и частотой следования Сот 10 кГц до 100 кГц) до импульсов с осцилляциями как на хвосте, так и на переднем фронте. Причем эти осцилляции могут быть либо возрастающими по амплитуде, либо затухающими.

В разделе 2.2 представлены результаты исследования динамического хаоса, когда С0г лазер с НП генерировал последовательность нерегулярных импульсов с различными длительностями и амплитудами. При сканировании частоты в пределах контура линии 9Р2С и использовании СНа0Н в качестве НП при давлении 230 мТорр и токе 20 мА наблюдался сценарий перехода к хаосу через бифуркации удвоения периода колебаний импульсов ПМД, которому предшествовала синусоидальная модуляция излучения, фи увеличении давления СН30Н до 800 мТорр мы впервые наблюдали переход к

хаосу через смешанную последовательность удвоения и утроения периодов колебаний. На этой же линии 9Р26 при использовании СгН50Н в качестве НП при давлении 80 мТорр и токе 20 мА также впервые наблюдался переход к хаосу через последовательность регулярных режимов с импульсами сложной формы.

В разделе 2.3 представлены результаты экспериментальных исследований влияния знака отстройки öv на динамику регулярных режимов генерации С02 лазера с НП. Сканирование частоты генерации позволяет установить положение различных режимов относительно центра контура усиления линии генерации с учетом отстройки линии поглощения НП. Было обнаружено, что при подаче на пьезо-корректор переменного напряжения можно наблюдать одновременно весь процесс перехода от одного режима генерации к другому и сопоставить его с контуром усиления линии генерации. Оказалось, что частотный диапазон, в пределах которого наблюдается хаотический режим, существенно меньше диапазона, в пределах которого наблюдается регулярные режимы, и положение последовательности регулярных режимов относительно центра контура усиления находится в соответствии со знаком отстройки Cv линии поглощения НП. Взаимосвязь последовательности режимов генерации и знака öv позволила определить знак отстройки для ряда линий поглощения С2Н50Н относительно центров линий генерации С02 лазера низкого давления.

В разделе 2.4 для описания динамики генерации С02 лазера с НП предложена теоретическая модель, основалная на системе кинетических уравнений, в которой использовались измеренные в 1-ой главе параметры линий поглощения СН30Н. Получено хорошее соответствие между результатами численного моделирования и экспериментальными наблюдениями импульсов сложной формы и перехода к хаосу через бифуркации удвоения периодов колебаний.

Исследования динамики генерации С02 лазера показали, что режим мошных моноимпульсов наблюдается в области давлений НП от 0,8 до 1,5 Topp. Это существенно выше оптимальных давлений, характерных для стационарного режима генерации СУБШ МЛВОН. При настройке на максимум мощности генерации лазера накачки и СУБМЫ лазера необходимо учитывать отстройку Cv линии поглощения от частоты накачки.

В третьей главе численным моделированием показана эффективность моноимпульсного рекима генерации СУБММ лазера на парах СН30Н при внутрирезонаторной оптической накачке.

В разделе 3.1 в рамках простой модели балансных уравнений рассчитана зависимость величины инверсии населенности вращательных уровней при импульсной накачке от давления паров рабочего вещества. Показано, что с уменьшением длительности импульса накачки максимальная величина инверсии увеличивается и смещается в сторону более высоких давлений. Эта зависимость находится в хорошем согласии с экспериментальными результатами, взятыми из работ других авторов.

Анализ моноимпульсного режима генерации С02 лазера с НП позволил предположить, что при переходе к импульсному возбуждению можно существенно повысить эффективность внутрирезонаторно-го способа оптической накачки СУБММ лазера.

В разделе 3.2 приводятся результаты численного моделирования и оценка эффективности моноимпульсного режима генерации МЛВОН. Предложена модель системы балансных уравнений для описания динамики формирования импульса накачки при внутрирезонатор-ном способе. Приведен характерный вид решений этой системы для случая, когда коэффициент отражения зеркал равен ~ 100% и насыщенный коэффициент поглощения рабочего вещества значительно больше параметра суммарных потерь на оптических элементах резонатора. При трапецеидальной форме импульса тока в С0г лазере наблюдается монотонное уменьшение коэффициента поглощения и довольно быстрое нарастание величины мощности накачки. Мощность генерации СУБММ излучения при этом возрастает еще быстрее, а затем спадает до нуля за время, когда мощность накачки ещв не достигает максимума. В результате получается, что длительность импульса генерации меньше длительности импульса накачки. Зависимость длительности импульса накачки от давления СН30Н имеет минимум при всех значениях параметра суммарных потерь. Оказалось, что максимальная мощность генерации СУБММ излучения реализуется при давлениях, соответствующих минимальной длительности импульса накачки..

Численные расчеты показали, что при использовании для накачки TEA С02 лазера с энергией генерации ~15 Дж на длине волны

накачки 9,695 мкм и длительности импульса накачки ~3 мкс в случае внерезонаторной накачки паров СН30Н в кювете длиной 1 м и диаметром 3 см можно получить генерацию на длине волны 118,8 мкм мощностью ~10 кВт при длительности импульса генерации ~3 мкс. Помещая ТУ же кювету внутри резонатора TEA С02 лазера и оптимизируя пропускание выходного зеркала, можно получить мощность генерации СУБММ излучения ~1 МВт при длительности импульса генерации ~0,3 мкс. Таким образом, энергетический КПД при внутрирезонаторной оптической накачке возрастает более, чем на порядок, что связано с резким уменьшением потерь и возрастанием Мощности накачки в моноимпульсном режиме генерации.

В разделе 3.3 рассмотрены некоторые особенности конструирования резонаторов СУБММ МЛВОН; в частности, приведено описание экспериментальной установки для проверки эФЗЕективности использования кристаллических отражателей в качестве зеркал в резонаторах МЛВОН, обладающих высоким пропусканием в области генерации С02 лазера и селективным отражением в СУБММ области. Приведены результаты экспериментальных исследований универсальной кюветы СУБММ лазера "Полярон-2", которая может использоваться при вне- и внутрирезонаторном способах накачки и работать как в стационарном, так и в импульсном режимах генерации. В конце раздела обсуждается некоторые конструктивные схемы СУБММ МЛВОН, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения.

Результаты экспериментальных и теоретических исследований, приведенные в диссертационной работе, показывают, что при внутрирезонаторном способе оптической накачки СУБММ лазера fia парах СН30Н в моноимпульсном режима можно получить мощность генерации более 1 МВт. Такие мощности генерации являются достаточными , например, для исследования нелинейных оптических эффектов в СУБММ диапазоне или для проведения диагностики высокотемпературной плазмы методом томсоновского рассеяния лазерного излучения на электронах.

В_заключении диссертации сформулированы основные результаты, полученные в данной работе:

1. Разработаны методики и измерены спектральные коэффициенты поглощения Kv, отстройки линий поглощения Cv относительно

частот генерации С02 лазера низкого давления и интенсивности насыщения 1а линий поглощения для большого числа колебательно-враштельных переходов в молекулах ряда спиртов и их дейтеро-производных. Определены коэффициенты Эйнштейна А21 и В£1 для ряда колебательно-вращательных переходов молекулы СН30Н. Эти величины использовались при экспериментальных исследованиях и численном моделировании режимов генерации СУЕММ лазеров с внут-рирезонаторной оптической накачкой.

2. Экспериментально показано, что в области низких давлений (15*150 Па) величина интенсивности насыщения 1В линий поглощения молекул СН30Н и СД30Д на частотах генерации С02 Лазера с увеличением давления уменьшается. Эту зависимость 1а от давления необходимо учитывать при выборе.оптимального режима генерации СУБММ молекулярных лазеров с внутрирезонаторной оптической накачкой, работающих на парах СН30Н и СД30Д.

3. Теоретически и экспериментально исследован стационарный режим генерации СУЕШ лазера с внутрирезонаторной оптической накачкой. Показано, что такой режим генерации наблюдается при малых мощностях излучения накачки и низких давлениях паров СН30Н.

4. Экспериментально реализованы новые типы регулярных режимов генерации импульсов пассивной модуляции добротности в С02 лазере с парами СН30Н и СД30Д в качестве насыщающихся поглоти- • телей в резонаторе. Получены новые сценарии перехода от регулярных к хаотическому режиму генерации С02 лазера с парами СН30Н и С2Н50Н в резонаторе. Экспериментально исследовано влияние частоты на последовательность регулярных режимов генерации, что позволило установить знак отстройки 6v для ряда линий поглощения С2Н50Н относительно частот генерации С02 лазера низкого давления.

5. Установлено, что режим максимальных по амплитуде и минимальных по длительности импульсов пассивной модуляции добротности наблюдается при давлениях насышаодзгося поглотителя от 0,8 до 1,5 Topp, что существенно выше оптимальных давлений для стационарного режима генерации СУБММ лазеров с внутрирезонаторной оптической накачкой.

6. Численным моделированием показана эффективность моно-

импульсного режима генерации СУБММ лазера с оптической накачкой, который позволяет существенно увеличить мощность генерации СУБММ излучения при внутрирезонаторной накачке.

7. Предложено несколько вариантов СУБММ молекулярных лазеров с внутрирезонаторной оптической накачкой, защищенных авторскими свидетельствами на изобретения, которые можно использовать при конструировании лазерных приборов для решения конкретных научных и прикладных задач в СУБММ области спектра, в частности, универсальная схема СУБММ лазера "Шлярон-2", которая может быть использована при вне- и внутрирезонаторной оптической накачке, как в стационарном, так и в импульсном режимах генерации.

основное содержание диссертации изложено в следующих работах.

1. Киселевский Л.И., Орлов Л.Н., Некрашевич Я.И., Гайко О.Л. Молекулярные лазеры дальнего ИК-диаИазана с оптической накачкой. Лазеры и оптическая нелинейность / ГЬд ред. П.А.Апанасеви-ча и А.С.Рубанова. - Минск, 1984. - С. Б-17.

2. Гайко 0.1., Орлов Л.Н., Некрашевич Я.И.. Параметры линий поглощения молекул спйртов на частотах генерации С02-лазера.

- Минск, 1986. - 26 с. - (АН БССР. ИФ. Препринт (/417).

3. Гайко 0.1., Нэвдах В.В., Некрашевич Я.И., Орлов Л.Н. Исследование параметров насыщения молекулярных газов. // Сб. тезисов VI межреспубликанского научного семинара "Квантовая электроника и лазерная спектроскопия". - Вильнюс, 1984. - С.22.

4. Гайко О.Л., Некрашевич Я.И., Орлов Л.Н. Параметры насыщения линий поглощения метанола ?три малых давлениях на частотах генерации С02 лазера. '// Квантовая электроника. - 1985. -Т. 12, till.

- С. 2365 - 2368.

5. Гайко О.Л., Орлов Л.Н. Об определении коэффициентов Эйнштейна для колебательна-вращательньрс переходов в многоатомных молекулах. // ЖПС, - 1988. - T.48,ffl. - С. 143-Î51.

6. Гайко О.Л., Невдах В.В. Экспериментальные исследования динамики генерации С02-лазера с насьшвюшимся поглотителем а резонаторе. - Минск, 1989. - 21 с. - (АН БССР. ИФ- Препринт N561).

7. Гайко О.Л., Невдах В.В., Орлов Л.Н. Динамика генерации С02-лазера с насыщающимся поглотителем в резонаторе. // ШЮ. -1990.

- T.S3.W4. - С. 670-672.

8. Гайко 0.1. Влияние отстройки на динамику генерации С02-лазе-ра с насыщающимся поглотителем в резонаторе. // ЖПС. - 1991.

- Т.55,1$. - С. 457-461.

9. Гайко О.Л., Григорьева Е.В., Котомцева Л.А., Невдах В.В., Орлов Л.Н., Самсон A.M., Сгарцева Т.Ю. Динамические неустойчивости в С02 лазере с просветляющимся фильтром. // Нелинейные явления в сложных системах. - Полоцк, 1992. - С. 246-252.

10. Гайко О.Л., Григорьева Е.В., Котомцева Л.А., Невдах В.В., Орлов Л.Н., Самсон A.M., Старцева Т.Ю. Нелинейная динамика С02-лазера с просветляшимся фильтром. - Минск, 1992. - 21 с.

- (АНБ. ИФ. Препринт N657).

11. Гайко О.Л., Котомцева Л.А., Невдах В.В., Орлов Л.Н., Самсон A.M. Динамический хаос в С02-лазере с насыщающимся поглотителем. // ЖПС. - 1993. - Т.58, N3-4. - С. 287-293.

12. Орлов Л.Н., Гайко О.Л., Некрашевич Я.И. Импульсный режим генерации молекулярных лазеров с внутрирезонаторной оптической накачкой. Лазеры и оптическая нелинейность / Под ред. Э.К.Мал-дутиса. - Вильнюс, 1987. - С. 57-62.

13. Orlov L.N., Gaiko O.L., Nekrashevich Ya.I. Giant-pulse FIR-C02 hybrid laser system. // 2nd Europen Conf. on Quantum Elektronlc3. Part II. - Dresden, 1989. - P. 2.28.

14. Orlov L.N., Nekrashevich Ya.I., Galko O.I. Intracavlty pumped PIR lasers. /7 Int. Conf. on Millimeter fave and FAR-Infrared Techology. - Beijing, 1990. - P. 8.5.

15. Орлов Л.Н., ГаПко О.Л., Некрашзвич Я.И. Моноимпульсный режим генерации субмиллиметровых лазеров с оптической накачкой. // Сб. тезисов докладов VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" - Ленинград, 1990. -- С. 157.

16. Орлов Л.Н., Гайко О.Л., Нэкрадевич Я.И. Моноимпульсный молекулярный лазер для диагностики плазмы. // Сб. тезисов докладов V Всесоюзного совещания по диагностике высокотемпературной плазмы. - Минск, 1990. - С. 143-149.

17. Орлов Л.Н., Некрашевич Я.И., Гайко О.Л. Моноимпульсный молекулярный лазер для диагностики плазмы. // ШС. - 1991.

- Т.54, МЗ. - С. 469-473.

18. А. С. 713409. Субмиллиметровый квантовый генератор /

Орлов Л.И., Некрашевич Я.И., Гайко О.Л., Киселевский Л.И. - Разрешение на публикацию от 10.06.93.

19. A.C. 766513. Субмиллиметровый квантовый генератор / Орлов Л.Н., Некрашевич Я.И., Гайко О.Л., Скопинцев В.П. - Разрешение на публикацию от 10.06.93.

20. A.C. 1036219. Субмиллиметровый молекулярный лазер / Орлов Л.Н., Некрашевич Я.И., Гайко О.Л. - Разрешение на публикацию от 10.06.93.

21. A.C. 1635854. Субмиллиметровый лазер / Орлов JI.H., Некрашевич Я.И., Гайко O.I.- Разрешение на публикацию от 10.06.93.

22. A.C. 1463095. Субмиллиметровый лазер / Орлов Л.Н., Гайко 0.1., Некрашевич Я.И. - Разрешение на публикацию от 10.06.93.

Личный вклад автора. Диссертационная работа содержит результаты экспериментальных и теоретических исследований автора и отражает его личный вклад в решение поставленных задач. Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Л.Н.Орлов сформулировал тему исследований, осуществлял обшее руководство и принимал участие в обсуждении полученных результатов. Я.И.Некрашевич и В.В.Невдах участвовали в создании экспериментальных установок, проведении измерений, анализе и обсуждении результатов измерений. Остальные соавторы опубликованных работ оказывали помощь в решении частных вопросов, не связанных с темой диссертации.

- 17 -