автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Исследование и разработка мощных компактных твердотельных лазеров для систем дистанционного зондирования

7

Министерство образования и науки Российской Федерации САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

На правах рукописи УДК 621.373.826

ХЛОПОНИН Леонид Викторович

Исследование и разработка мощных компактных твердотельных лазеров для систем дистанционного зондирования

Специальность 05.27.03 Квантовая электроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

П 5 ДЕК 2008

003456637

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор В.Ю. Храмов

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор E.H. Котликов.

доктор технических наук В.Б. Шилов

Ведущая организация:

ОАО "ЛОМО"

Защита состоится /2-2оо/с_в _на заседании

ученого совета Д212.227.01 при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 190031, Санкт-Петербург, пер. Гривцова, 14, ауд.314. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах) просим высылать по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49, секретарю диссертационного совета Д212.227.01

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.227.01

В.М. Красавцев

Общая характеристика работы:

Актуальность темы

Твердотельные лазеры (ТЛ) являются одним из наиболее распространенных типов лазерных излучателей. Они широко используются при построении лазерных систем, предназначенных для применения в научных исследованиях, в разнообразных технических устройствах, в технологических установках, военном деле, медицинских приборах. Столь значительное разнообразие применения твердотельных лазеров обусловлено возможностями выбора активных сред, способных генерировать мощное световое излучение в различных спектральных диапазонах и в широком временном интервале длительностей импульсов. Эти характеристики твердотельных лазеров особенно важны для создания компактных лазеров систем дистанционного зондирования удаленных объектов.

К настоящему времени разработан ряд методов достижения предельно высоких пространственно энергетических характеристик излучения твердотельных лазеров. Однако не все из них могут быть применимы при создании малогабаритных мощных твердотельных лазерных систем, предназначенных для мобильных комплексов дистанционного зондирования, в силу предъявляемых к ним специфических требований, таких как:

- высокая яркость излучателей, когда наряду с высокими уровнями

интенсивности излучения, требуется малая расходимость излучения;

- заданная-длительность импульсов излучения;

- определенный спектральный состав излучения;

- состояние поляризации излучения;

- высокая энергетическая эффективность лазерного излучателя;

высокая стабильность характеристик излучения при условии

температурных и механических воздействий. Жесткие ограничения на массогабаритные характеристики лазерных систем требуют особого подхода к их разработке.

В последнее время бурное развитие, наряду с твердотельными лазерами с ламповой накачкой, получили твердотельные лазеры с диодной накачкой. Большинство методов, разработанных для систем с ламповой накачкой, могут быть практически без изменений, а во многих случаях даже со значительными упрощениями, использованы при разработке и создании твердотельных лазеров с диодной накачкой.

Поэтому актуальность настоящей работы, в которой рассмотрение проблем моделирования, исследования, разработки и оптимизации систем мощных ТЛ, проведено на примере ТЛ с ламповой накачкой, представляется несомненной и полученные основные результаты могут быть применены при решении многих задач, обусловливающих развитие и прогресс лазерной техники.

Целью данной работы является разработка, исследование и оптимизация компактных мощных твердотельных лазерных излучателей с перестраиваемыми пространственно энергетическими характеристиками генерируемого излучения для систем дистанционного зондирования. Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи связанные с оптимизацией резонатора и усилительных каскадов лазерной системы:

1. Проведение комплексной оптимизации резонатора лазера с целью улучшения его пространственно энергетических характеристик за счет использования внутрирезонаторного телескопа, интерферометрического отражателя и выходного зеркала с переменным поперечным профилем коэффициента отражения.

2. Исследование влияния настройки внутрирезонаторной телескопической системы на пространственно-энергетические характеристики лазера.

3. Оптимизация режимов работы лазера в случае использования пассивной и активной модуляции добротности резонатора.

4. Решение задач, связанных с уменьшением критичности к разъюстировке резонатора с внутрирезонаторной телескопической системой, работающего в режиме малого количества возбуждаемых поперечных мод.

5. Разработка и исследование внутрирезонаторного интерферометрического отражателя.

6. Повышение энергетической эффективности и уменьшение массогабаритных характеристик лазерной системы при использовании мнбгоэлементных квантронов в компактных твердотельных лазерных системах.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

1. Показана возможность настройки резонатора лазера перестроением внутрирезонаторной телескопической системы в режимы минимальной расходимости, максимальной энергии, максимальной яркости излучения и максимальной эффективности. Определены границы величины коэффициента увеличения внутрирезонаторного телескопа импульсных компактных лазеров, работающих в режиме модулированной добротности.

2. Применен модифицированный интерферометр Саньяка в качестве глухого зеркала резонатора с целью уменьшения критичности к разъюстировке резонатора лазера и улучшения однородности поперечного распределения излучения.

3. Экспериментально исследовано влияние амплитудно-фазовых характеристик зеркал с трапецеидальным поперечным профилем коэффициента отражения на расходимость и яркость излучения лазера. Показано, что применение таких зеркал может увеличить яркость, стабилизировать энергетические и угловые характеристики излучения мощного импульсного твердотельного лазера.

4. Проведено экспериментальное исследование многоэлементных квантронов. Определена целесообразность их применения в компактных лазерных системах с различными типами активных сред.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Применение перестраиваемой внутрирезонаторной телескопической системы позволяет реализовать различные режимы генерируемого излучения: режим минимальной расходимости, режим максимальной энергии, режим максимальной яркости и режим максимальной эффективности компактного лазера.

2. Использование модифицированного интерферометра Саньяка в качестве отражателя резонатора лазера, совместно с внутрирезонаторной телескопической системой уменьшает критичность к разъюстировке в 8-10 раз с сохранением высокой энергетической эффективности и яркости генерируемого излучения мощного компактного лазера.

3.

Применение градиентных зеркал в качестве выходного зеркала резонатора приводит к уменьшению расходимости и увеличению пространственно-энергетической стабильности излучения мощных компактных твердотельных лазеров, в случае если поперечное осесимметричное распределение коэффициента отражения удовлетворяет условию Г1<1.5 г и Г2=(0.8-0.9)Гаэ, где Г1 и г2 - радиусы трапецеидального поперечного распределения коэффициента отражения зеркала, г„ - радиус активного элемента.

Для уменьшения расходимости и увеличения пространственно-энергетической стабильности излучения мощных компактных твердотельных лазеров, для которых максимальный коэффициент увеличения внутрирезонаторного телескопа определяется лучевой стойкостью оптических элементов, целесообразно применение выходного градиентного зеркала с квазитрапецеидальным поперечным распределением коэффициента отражения. Наилучшие результаты получены, если поперечное осесимметричное распределение коэффициента отражения зеркала удовлетворяет условию: Г1=\Уо и г2=(0-8-0.9)га:, , где Г| и г2 - радиусы трапецеидального поперечного распределения коэффициента отражения зеркала, гю — радиус активного элемента.

4. Применение многоэлементных квантронов, содержащих одну лампу накачки и несколько (2 или 4) активных элементов позволяет увеличить эффективность и снизить массогабаритные характеристики компактных мощных лазерных систем с активными элементами Ш:УАО. Для активных элементов на основе более оптически плотных активных сред (например У800:Сг:№) применение многоэлементных квантронов не дает увеличения в эффективности генерируемого излучения.

Реализация результатов диссертационной работы.

Результаты диссертационной работы были использованы в СПбГУИТМО, УНП "Лазерный центр ИТМО", ФГУП НИИ "Лазерной физики" (г.Санкт-Петербург) при разработке и оптимизации твердотельных лазерных систем различного назначения. Результаты настоящей работы использованы

при построении лазерной системы для космического проекта "Фобос", семейства мощных импульсных твердотельных лазеров "ЛИМА" для систем дистанционного зондирования атмосферы, лазерных систем для синтеза наночастиц, используемых для разработки химических катализаторов нового поколения и разработке водородных источников энергии.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры Лазерной техники и биомедицинской оптики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий механики и оптики при подготовке студентов по направлению 200200 "Оптотехника", специальностям 200201 "Лазерная техника и лазерные технологии", 200203 "Оптико-электронные приборы и системы", при подготовке бакалавров и магистров по направлению 140400 "Техническая физика".

Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях: Международной конференции «Фобос», научно методические аспекты исследований (Москва, 1988г), 13 Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ( Минск, 1988 г.), 4 международном семинаре «Научное космическое приборостроение» (г.Фрунзе, 1989г.), Международные конференции "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург 1990, 1995,1998, 2000, 2003, 2006, 2008 г.), "Прикладная оптика-96" (Санкт-Петербург, 1996), "Оптика и научное приборостроение - 2000" ФЦП "Интеграция" (Санкт-Петербург, ' 2000г.), Результать1 диссертации опубликованы в 14 печатных работах.

Личный вклад автора.

Автор лично провел большинство экспериментальных исследований, обработал и систематизировал результаты исследований, изложенных в диссертации. Автор также участвовал в разработке математических моделей и принимал непосредственное участие в разработке и оптимизации лазерных излучателей и их компонентов,

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы. Материал изложен на 121 страницах, содержит 41 рисунок, 7 таблиц и список литературы из 98 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель работы и научные результаты, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы, определена струюура диссертации.

В первой главе представлен обзор публикаций, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям резонаторов твердотельных лазеров, а также внутрирезонаторных оптических элементов.

Рассмотрены методы селекции поперечных мод резонаторов твердотельных лазеров, процессы, ограничивающие достижение предельных величин пространственно-энергетических характеристик излучения и способы их компенсации.

Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с применением внутрирезонаторной телескопической системы для селекции мод низших порядков и возможности плавной настройки резонатора в режимы генерации излучения с максимальной энергией, яркостью или минимальной расходимости.

В первом параграфе второй главы приводится описание математической модели, используемой при численном моделировании твердотельного моноимпульсного лазера с внутрирезонаторным телескопом. Модель позволяет описывать процессы дифракции и усиления излучения в резонаторе с учетом эффектов насыщения и пространственной неоднородности коэффициента усиления активной среды, а также учитывает амплитудно-фазовые искажения, вносимые оптическими элементами резонатора. Изменение поперечного распределения комплексной амплитуды световой волны при ее распространении внутри резонатора рассчитывается с использованием дифракционного интеграла Кирхгофа. Изменение плотности энергии отдельных импульсов при их прохождении через слой активной среды рассчитывается при помощи соотношений Франца-Нодвика. На основе представленной модели рассмотрен случай пассивной модуляции добротности -

кристаллом ЬкР2" (\У5=0.01 Дж/см2) в лазере на ИАГ:Ш3+ (\У5=0.57 Дж/см2) со следующими параметрами: коэффициент отражения выходного зеркала 11=0.3, начальное пропускание затвора Т=0.3, пропускание затвора в открытом состоянии То=0.85.

Анализ полученных в результате расчетов распределений поля излучения показал, что при всех расстройках телескопа начальное распределение поля, соответствующее основной поперечной моде резонатора, в процессе генерации гигантского импульса существенно искажается и пространственное распределение поля становится зависящими от времени. На рис. 1 приведены расчетные (а) и экспериментальные (б) зависимости наиболее важных интегральных характеристик генерируемого импульса от расстройки телескопа, таких, как дифракционная составляющая расходимости 0д , эффективная кривизна волнового фронта 1/р , энергия генерации Е, пороговая энергия накачки Енп (пропорциональна начальной величине инверсной населенности в АЭ), а также величины £ = Щв\ Енп, характеризующей осевую силу излучения и представляющей собой энергию, излучаемую в единичном телесном угле, отнесенную к пороговой энергии накачки.

1.0

1/р, м-1 Од,™ г 0.5

Евых., мДж; Ен.л., отн.ед

100 -]......г.....:.......:

6. отн.ед.; ед, мрад

4.4 4.3 -0.2 4.1 0 0.1 0Л 0.3 0.4

а

б

Рис. 1. Расчетные (а) и экспериментальные (б) зависимости основных характеристик

генерации лазера от величины расстройки телескопа.

1 - энергия импульса геперации (Е); 2 - пороговая энергия накачки (Енп);

3-дифракционная составляющая расходимости излучения (0д);

4 - обобщенная характеристика эффективности генерации лазера (е).

Как видно из рис. 1а (кривая 4) оптимальным является резонатор, находящийся на границе устойчивости (Аг=0), где величина е достигает максимального значения. В неустойчивой области снижение е связано с сильным ростом дифракционных потерь, приводящих к уменьшению энергии генерации и увеличению пороговой энергии накачки. В устойчивой области главной причиной снижения эффективности является уменьшение поперечного размера основной моды. Это, во-первых, само по себе влечет увеличение дифракционной расходимости, во вторых, приводит к более неоднородному выгоранию инверсной населенности, что является причиной сильной нестабильности волнового фронта и также отрицательно сказывается на расходимости излучения, в третьих, с уменьшением объема основной моды снижается эффективность использования запасенной в АЭ энергии, что приводит к уменьшению энергии генерации.

Из рис. 16 видно, что тенденция изменения энергии генерации Е и пороговой энергии накачки Е1Ш, полученных при экспериментальных исследованиях резонатора, близки к расчетным. Во всем диапазоне изменений величины Аг значение расходимости, полученное в эксперименте, примерно в 1.5 раза больше, чем расчетные значения. У экспериментальной зависимости наблюдается наличие максимума расходимости при Дг=0 и минимума в области Дг>0, когда резонатор находится в устойчивой области. Это можно объяснить тем, что в случае плоскопараллельного резонатора (расстройка Лг=0) структура поля оказывается особенно чувствительна к внутрирезонаторным волновым аберрациям, источники которых весьма разнообразны. Расчеты же проводились для идеального безаберрационного случая. Большая чувствительность плоского резонатора к аберрациям приводит к тому, что оптимальным с точки зрения яркостных характеристик является

слабоустойчивый резонатор (рис. 16, кривая 4). При использовании плотных пассивных затворов с высоким контрастом переключения энергия моноимпульса достигает величины 160 мДж, а в случае активной модуляции добротности доЗООмДж.

Основными преимуществами рассматриваемого лазера является возможность точной настройки резонатора с помощью перестраиваемой телескопической системы на режим максимальной яркости излучения. Оптимальный с точки зрения яркостных характеристик режим генерации наблюдается при незначительной отстройке резонатора в устойчивую область. В отличие от предсказаний теоретического анализа, проведенного для идеального случая отсутствия аберраций, находящийся на границе устойчивости резонатор менее чувствителен к волновым аберрациям и поэтому более эффективен.

В третьей главе приводятся результаты теоретического и экспериментального исследования компактного одномодового моноимпульсного твердотельного лазера с неразъюстируемым резонатором. Стабильность одномодового режима генерации при воздействии различных возмущений, приводящих к разыостировке, обеспечивается интерферометрическим отражателем. Интерферометрический отражатель 1 представляет собой модифицированный интерферометр Саньяка, состоящий из 4-х зеркал (рис.2): зеркала 2 являются полностью отражающими при угле

_ падения излучения 45®, а зеркало 4 - полупрозрачным с коэффициентом отражения 0.5 и делит пучок, входящий в интерферометр, на два пучка равной интенсивности.

/>4 'уГТ|—-—!П п

ч\- ДО 5 1 Г" 11 у 1-—зы и

Рис.2. Оптическая схема резонатора лазера с интерферометрическим отражателем и внутрирезонаторной телескопической системой

1 — интерферометрический отражатель; 2 - зеркала; 3 - котировочные клинья; 4 — полупрозрачное зеркало; 5 - призма Дове; 6 — телескопическая система ; 7 - активный элемент; 8 - затвор, 9 -выходное зеркало резонатора

Интерферометрический отражатель с призмой Дове обеспечивает неразъюстируемость резонатора в двух ортогональных плоскостях. В отсутствие призмы Дове нечувствительность резонатора к разъюстировкам сохранялась бы только в плоскости рисунка. Интерференция лучей, распространяющихся в интерферометре в противоположных направлениях,

приводит к тому, что практически все излучение возвращается обратно в резонатор, несмотря на то, что зеркало 4 является полупрозрачным.

Резонатор лазера, в котором в качестве глухого зеркала используется интерферометрический отражатель формально можно считать кольцевым резонатором; при этом, он удовлетворяет условию минимальной чувствительности к разъюстировкам. При полном обходе резонатора луч испытывает четное число отражений - 6, из которых пять отражений в плоскости рисунка и одно - в перпендикулярной ей плоскости (в призме Дове).

Сечение самосопряженного луча поворачивается на 180° при каждом обходе такого резонатора.

Экспериментальные исследования проводились для лазера с активным

Т I

элементом из YAG:Nd размером 06.3x65 мм и пассивным затвором на основе LiF:F2". На рис.3 представлены сравнительные зависимости энергии генерации и пороговой энергии накачки от угла разъюстировки выходного зеркала для лазеров с интерферометрическим отражателем и обычным плоским зеркалом.

Рис.3. Экспериментальная зависимость энергии генерации Е (1, 2) и пороговой энергии накачки Ен.п. (1'> 2') от утла разъюстировки выходного зеркала лазера:

1,1'- резонатор с обычным отражателем (плоским зеркалом):

2,2' - резонатор с неразъюстируемым интерферометрическим отражателем.

Кривые получены для слабоустойчивого резонатора, настроенного на режим максимальной яркости. Из рисунка 3 видно, что интерферометрический отражатель позволяет почти на порядок снизить чувствительность резонатора к разъюстировке.

В резонаторе лазера с интерферометрическим отражателем в случае разъюстировки резонатора в широких пределах сохраняется режим генерации основной поперечной моды. Поперечный размер основной моды лишь незначительно уменьшается в пределах рабочего диапазона разъюстировки резонатора. В традиционном резонаторе при разъюстировке наблюдается смена режима генерации соответствующего основной моды на моду более высокого порядка - ТЕМю, имеющую минимум интенсивности на оси.

Разработанный резонансный отражатель, используемый в качестве зеркала резонатора, обладает следующими свойствами:

- возвращает излучение в обратном направлении и значительно снижает критичность резонатора к разъюстировке,

- "переворачивает" поле в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, что способствует усреднению поперечной структуры поля при несимметрично распределенных амплитудных и фазовых искажениях в пределах апертуры активного элемента,

- дополнительно увеличивает оптическую длину резонатора, что способствует дополнительной селекции поперечной модовой структуры генерируемого излучения,

в силу вышеперечисленных свойств значительно стабилизирует пространственно-энергетические характеристики лазера в целом. Четвертая глава посвящена исследованию твердотельных лазеров с резонаторами, имеющими градиентные зеркала.

В первом параграфе теоретически рассмотрены амплитудно-фазовые характеристики диэлектрических покрытий модельных градиентных зеркал. Получены радиальные зависимости энергетического коэффициента отражения, фазовых откликов коэффициентов отражения и пропускания диэлектрических покрытий градиентных зеркал. Приведены результаты исследования влияния оптических свойств градиентных диэлектрических зеркал на угловые и энергетические характеристики лазерного излучения генерируемого в плоскопараллельных резонаторах, как в режиме получения стационарного поперечного распределения интенсивности, так и в моноимпульсном режиме.

Амплитудно-фазовые характеристики коэффициента отражения и пропускания градиентного зеркала были исследованы для модели диэлектрического покрытия с одним слоем переменной толщины, оптическая толщина данного слоя изменялась в радиальном направлении по квазилинейному закону:

г ^

А(г) = 0.25/1(1-(—) х), м> а

где \уа-радиус области нанесения верхнего слоя, ^-параметр, определяющий закон изменения толщины, г-относительная радиальная координата, длина волны.

Анализ пространственных характеристик стационарного распределения показал, что использование диэлектрических покрытий со значением Ьх=0.3-0.б позволяет получить снижение значения параметра пространственного качества излучения М2 на 10% в плоскопараллельном резонаторе и 30-50% в телескопическом резонаторе. Значение параметра М2 для моноимпульсного излучения, полученного в лазере с плоскопараллельным резонатором при использовании диэлектрических зеркал с параметром Ьх=0.3-0.6 уменьшается в 1.6-1.8 раз. Яркость излучения моноимпульса возрастает при этом в 2 раза для плоскопараллельного резонатора. Таким образом, найден интервал значений

параметра Ьх=0.3-0.6, позволяющий достичь существенного улучшения качества пучка по сравнению с вариантом использования традиционного выходного зеркала.

Во втором параграфе описаны экспериментальные исследования образцов градиентных трапецеидальных зеркал (ГТЗ). Для описания экспериментальных радиальных распределений коэффициента отражения была использована кусочно-линейная аппроксимация (трапеция) профиля коэффициента отражения и соответственно такие градиентные зеркала были названы "квазитрапецеидальными". Образцы ГТЗ устанавливались в качестве полупрозрачного зеркала в двух типах лазерных излучателей:

1) в твердотельном лазере с внутрирезонаторным телескопом,

2) в компактном лазере с малой базой резонатора.

На рис. 4 изображена зависимость доли энергии излучения Е2в, заключенной в угле 20=0.4 мрад, нормированной на полную энергию излучения генерации лазера Е^ от диаметра внутрирезонаторной диафрагмы.

1 2 3 4 5 6 им

Рис.4. Экспериментальная зависимость доли энергии излучения Е20, заключенной в угле 20=0.4 мрад, нормированной на полную энергию излучения генерации лазера Е, от диаметра внутрирезонаторной диафрагмы: кривая 1 - для лазера с переменным по поперечному сечению выходным зеркалом, кривая 2 - для лазера с обычным выходным зеркалом.

Максимум кривой 2 наблюдается для диафрагмы <¡>4 мм, составляющей примерно 2/3 диаметра активного элемента лазера. Хорошо известно, что при таком соотношении диаметров наблюдается наилучшее согласование основной моды обычного резонатора с диаметром активного элемента.

Анализ полученных экспериментальных данных, показывает, что применение ГТЗ приводит к следующим основным результатам:

- полный угол расходимости излучения, определенный как угол, в котором содержится 0,82 полной энергии генерации, уменьшается на (25-35)% по сравнению со случаем применения стандартного зеркала,

- полная энергия генерации уменьшается на (10-20) %,

- относительная доля энергии, содержащаяся в приосевой области пучка (внутри полного угла расходимости излучения 0,25 мрад) увеличивается в два-три раза.

Применение ГТЗ существенно увеличивает стабильность пространственной структуры генерируемого излучения, а также уменьшает критичность лазерного резонатора к разъюстировке выходного зеркала.

Таким образом, применение ГТЗ позволило существенно улучшить пространственно-энергетические характеристики генерируемого излучения компактных твердотельных лазерных систем. Теоретические и экспериментальные исследования градиентных лазерных зеркал показали, что выбор типа распределения коэффициента отражения ГТЗ может зависеть не только от требований к пространственному распределению генерируемого излучения, но и от уровня оптических неоднородностей, вносимых в резонатор другими элементами резонатора.

Пятая глава посвящена вопросам, связанным с применением многоэлементных квантронов для построения мощных компактных лазеров для систем дистанционного зондирования.

Большинство лазерных систем, предназначенных для решения разнообразных задач космической связи, дистанционного зондирования, лидарных исследований и т.д. требуют высоких частот повторения импульсов излучения. Создание семейства мощных высокоэффективных компактных твердотельных лазерных систем с энергией в импульсе более 1Дж и работающих с номинальной частотой повторения импульсов излучения 10-30 Гц потребовало рассмотрения возможности применения многоэлементных квантронов.

Исследованы и разработаны два основных варианта оптических схем для такого класса лазерных систем (ЛС): одноканальный и двухканальный. Усилители выполнены по однопроходовой трехкаскадной линейной схеме для одноканальной ЛС и однопроходовой, ветвящейся на два канала схеме для двухканальной ЛС, но также с тремя активными элементами в каждом каскаде усиления. Основной отличительной чертой приведенных схем является применение многоэлементных квантронов, т.е. квантронов, имеющих в данном случае два или четыре активных элемента и накачиваемых только одной импульсной лампой накачки. Были исследованы три конструкции отражателей квантронов:

1. С планарным расположением лампы и активных элементов в моноблочном отражателе (рис.5а).

2.Лампа и активные элементы расположены не в одной плоскости (треугольником) (рис.5б).

3. Четырех элементный квантрон с одной лампой накачки.

а.

б.

в.

Рис.5. Конструкции отражателей многоэлементных квантронов.

Сравнительные энергетические характеристики испытания квантронов приведены в таблице 5.2.1, где г|Сг - суммарная эффективность квантрона в режиме свободной генерации, г|му- суммарная эффективность в режиме усиления моноимпульса.

Конструкции отражателей квантронов (рис.9) ■Пег, % Г|мд, отн. ед.

а 3.3 1.0

б 3.4 0.7

в 3.5 0.9

В качестве материала отражателя квантрона применялось диффузно отражающее покрытие, которое обеспечивает более равномерную прокачку активных элементов диаметром 8 и 10 мм без существенного снижения эффективности по сравнению с зеркальным отражателем.

Для увеличения запасенной энергии в активных элементах на цилиндрическую боковую поверхность активных элементов наносился слой специального полимерного покрытия с внедренным германиевым комплексом, разработанным в ГОИ им. С.И. Вавилова специально для исследуемых конструкций квантронов. Это полимерное покрытие, во-первых, служило иммерсией для границы раздела активный" элемент -вода, и, во-вторых, германиевый комплекс эффективно поглощал излучение суперлюминисценции, не внося значительных потерь в диапазоне полос поглощения активной среды. Таким образом, в зависимости от предельной энергии накачки, изменяя концентрацию поглотителя, можно получить максимальную запасаемую энергию в активном элементе.

В процессе выполнения настоящей работы была выполнена оценка возможности использования других типов активных сред (У8СО:Ш:Сг; УАР:Ш) в четырехэлементном отражателе (рис.9 в). Сравнение эффективности производилось для режима свободной генерации в сходных условиях при использовании выходных зеркал с оптимальным для каждого типа активных сред коэффициента отражения. Экспериментальные исследования показали, что для оптически плотной активной среды У8СС:Сг:Ш эффективность четырехэлементного квантрона не превышала величину эффективности одноэлементного квантрона К-301. Этот факт показывает, что для осветителей с оптически плотной активной средой, для которых вероятность поглощения излучения накачки уже велика на одном проходе через активный элемент, применение одноэлементных квантронов позволяет добиться высоких выходных характеристик излучения.

В шестой главе приводятся описания мощных лазерных систем, которые были разработаны в процессе выполнения настоящей работы. В этом разделе рассматривается лазерный излучатель, созданный для применения в космическом

эксперименте ЛИМА-Д по дистанционному масс-спектрометрнческому анализу состава поверхности Фобоса -спутника планеты Марс. Представлены результаты разработки мощных одноканальных и двухканальных лазерных излучателей для комплексов дистанционного зондирования. Энергия генерации импульса излучения на длине волны второй гармоники УАв-.Ш лазера составляла не менее 1 Дж при частоте повторения импульсов излучения 10 Гц. Приведены примеры разработок мощных компактных твердотельных лазеров для систем дистанционного зондирования, в которых ключевыми элементами были внутрирезонаторные телескопы, интерферометрические отражатели и многоэлементные квантроны.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование мощного твердотельного лазера с внутрирезонаторным телескопом, интерферометрическим отражателем и градиентными зеркалами в режимах активной и пассивной модуляции добротности резонатора. Изучено влияние расстройки внутрирезонаторного телескопа на характеристики генерации.

Показано, что применение интерферометрического отражателя уменьшает влияние разъюстировки зеркал на выходные параметры лазера.

Применение градиентных зеркал позволяет значительно улучшить пространственно-угловые характеристики излучения и повысить стабильность и воспроизводимость волнового фронта генерируемого излучения.

Выполнены исследования по оптимизации усилительных каскадов мощных лазерных систем. Показано, что применение квантронов с несколькими активными элементами позволяет значительно уменьшить массово-габаритные характеристики лазерных систем и увеличить их энергетическую эффективность.

Разработаны, рассмотрены и реализованы оптические схемы мощных одноканальных и двухканальных твердотельных лазерных излучателей с энергией генерации более 1 Дж на длине волны второй гармоники при частоте повторения импульсов 10 -30 Гц.

Список публикаций по теме диссертации

1. Г.Б. Альтшулер, В.А. Гримм, Г.Н. Дульнев, В.Б. Карасев, Г.Г. Манагадзе, В.Г. Парфенов, Д.М. Румянцев, Р.З. Сагдеев, Л.В. Хлопонин, В.Ю. Храмов и др. Лазерный излучатель с фокусирующей системой ЛИФС "Нева" комплекса ЛИМА-Д. Труды Международной конференции "Фобос". Научно-методологические аспекты исследований. АН СССР, М., 24-28 ноября 1988г, стр.157-168.

2. Г.Б. Альтшулер, Н.Р. Белашенков, М.В. Иночкин, В.Б. Карасев, Л.В. Хлопонин, В.Ю. Храмов. Лазер АС 1526536 от 01.08.1989г.

3. Г.Б. Альтшулер, Г.Г. Манагадзе, Л.В. Хлопонин, В.Ю. Храмов и др. Результаты летных испытаний масс-анализатора ЛИМА-Д проекта "Фобос" Препринт ИКИ АН СССР, Пр-1613, 1990, стр.3-11.

4. И.Ю. Каргин, JI.B. Хлопонин, В.Ю. Храмов. // Численное моделирование и оптимизация параметров моноимпульсной твердотельной лазерной системы. // Приборостроение, Известия высших учебных заведений, 1990,№ 5, т.ЗЗ, стр.56-61.

5. G.B. Altshuler, I.Yu. Kargin, L.V. Khloponin, V.Yu. Khramov. Numerical model of Q-switched solid-state laser. Proceedings SPIE. Modeling and Simulation of Laser Systems II. 1415,1991, p.269-280

6. G.B. Altshuler, N.R. Belashenkov, V.B. Karasev, L.V. Khloponin, V.Yu. Khramov. // Resonators with field rotation. Proc. SPffi, 1993, v. 1868, p. 252256.

7. A.B. Аладов, В.И. Беззубик, H.P. Белашенков, JI.A. Губанова, В.Б. Карасев, С.Е. Парахуда, Э.С. Путилин, JI.B. Хлопонин, В.Ю. Храмов.. // Применение зеркал с квазитрапецеидальным профилем распределения коэффициента отражения в резонаторах твердотельных лазеров высокой яркости. // Оптический журнал, 1995, № 8, стр. 19-23.

8. Г.Б. Альтшулер, Н.Р. Белашенков, В.Б Карасев, В.В. Назаров, JI.B. Хлопонин, В.Ю. Храмов. Высокостабильный бортовой компактный твердотельный лазер. // Оптический журнал. - 1995.- №8, стр.52-55.

9. A.B. Аладов, В.В. Беззубик, Н.Р. Белашенков, JI.A. Губанова, В.Б. Карасев, В.В. Назаров, Э.С. Путилин, П.Н. Фимин, JI.B. Хлопонин, В.Ю. Храмов. Применение зеркал с переменным коэффициентом отражения в компактных твердотельных лазерных системах. //Известия вузов. Приборостроение 1998.-Т.41,№3, стр.53-57.

10.В.В. Назаров; JI.B. Хлопонин; В.Ю. Храмов. Оптимизация параметров резонаторов твердотельных лазеров с пассивным затвором. // СПб: СПб ГИШО(ТУ), 2001.- Научно-технический вестник СПб ГИТМО (ТУ).. Вып. 4 (198), стр. 48-53.

11.Аладов А. В., Альтшулер Г. Б., Хлопонин Л. В., Храмов В. Ю. // Твердотельные лазерные источники излучения в области 200 нм. // Оптический журнал, 2000, № 4, т. 67, стр. 57-59.

12.Назаров В.В., Хлопонин Л.В., Храмов В.Ю. Исследование яркостных характеристик ПГС при вне- и внутрирезонаторной генерации. / Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО, 2006, вып. 31, стр.43-47.

13.G.B.Altshuler, L.V.Khloponin, V.Yu.Khramov, V.V.Nazarov. High Brightness Compact Passive Q-switch Green Laser. Technical program of ХЗП Conference on «Laser Optics 2008», Saint Petersburg 2008, p.68.

М.Гагарский C.B., Назаров B.B., Хлопонин Л.В., Храмов В.Ю. и др. Моделирование твердотельного лазера с диодной накачкой и параметрическим преобразователем частоты излучения. // "Оптический журнал", т.75,2008, №4, стр.28-34.

15.Назаров В.В., Хлопонин Л.В., Храмов В.Ю. Мощный сверхкомпактный импульсный Nd:YAG лазер с пассивной модуляцией добротности./ Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО, 2007, вып. 43, стр.254-259.

Тиражирование и брошюровка выполнены в Учреждении «V[jHnepcnreTc.c:tn телекоммуникации», 197101, СПб, ; - ■„ -е." I.К 12)233 46 69 Тираж 100 эл

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Проблема увеличения яркости компактных твердотельных лазеров.

1.2 Использования градиентных зеркал в компактных твердотельных лазерах.

1.3 Исследование и оптимизация систем оптической накачки твердотельных лазеров.

Глава 2. Разработка и исследование компактного твердотельного лазера с внутрирезонаторной телескопической системой.

Глава 3. Исследование твердотельного лазера с внутрирезонаторной телескопической системой и интерферометрическим отражателем.

Глава 4. Экспериментальное исследования характеристик твердотельных лазеров с градиентными зеркалами

Глава 5. Применение многоэлементных квантронов при построении мощных компактных лазерных систем для дистанционного зондирования.

Глава 6. Примеры разработок мощных твердотельных лазеров для систем дистанционного зондирования.

Актуальность работы. Твердотельные лазеры (TJI) являются одним из наиболее распространенных типов лазерных излучателей. Они широко используются при построении лазерных систем, предназначенных для применения в научных исследованиях, в разнообразных технических устройствах, в технологических установках, военном деле, медицинских приборах. Столь значительное разнообразие применения твердотельных лазеров обусловлено возможностями выбора активных сред, способных генерировать мощное световое излучение в различных спектральных диапазонах и в широком временном интервале длительностей импульсов. Эти характеристики твердотельных лазеров особенно важны для создания компактных лазеров систем дистанционного зондирования удаленных объектов.

К настоящему времени разработан ряд методов достижения предельно высоких пространственно энергетических характеристик излучения твердотельных лазеров. Однако не все из них могут быть применимы при создании малогабаритных мощных твердотельных лазерных систем, предназначенных для мобильных комплексов дистанционного зондирования, в силу предъявляемых к ним специфических требований, таких как:

- высокая яркость излучателей, когда наряду с высокими уровнями интенсивности излучения, требуется малая расходимость излучения;

- заданная длительность импульсов излучения;

- определенный спектральный состав излучения;

- состояние поляризации излучения;

- высокая энергетическая эффективность лазерного излучателя;

- высокая стабильность характеристик излучения при условии температурных и механических воздействий.

Жесткие ограничения на массогабаритные характеристики лазерных систем требуют особого подхода к их разработке.

В последнее время бурное развитие, наряду с твердотельными лазерами с ламповой накачкой, получили твердотельные лазеры с диодной накачкой. Большинство методов, разработанных для систем с ламповой накачкой, могут быть практически без изменений, а во многих случаях даже со значительными упрощениями, использованы при разработке и создании твердотельных лазеров с диодной накачкой.

Поэтому актуальность настоящей работы, в которой рассмотрение проблем моделирования, исследования, разработки и оптимизации систем мощных TJI, проведено на примере TJI с ламповой накачкой, представляется несомненной и полученные основные результаты могут быть применены при решении многих задач, обусловливающих развитие и прогресс лазерной техники.

Цель работы. Разработка, исследование и оптимизация компактных мощных твердотельных лазерных излучателей с перестраиваемыми пространственно энергетическими характеристиками генерируемого излучения для систем дистанционного зондирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи связанные с оптимизацией резонатора и усилительных каскадов лазерной системы:

1. Проведение комплексной оптимизации резонатора лазера с целью улучшения его пространственно энергетических характеристик за счет использования внутрирезонаторного телескопа, интерферометрического отражателя и выходного зеркала с переменным поперечным профилем коэффициента отражения.

2. Исследование влияния настройки внутрирезонаторной телескопической системы на пространственно-энергетические характеристики лазера.

3. Оптимизация режимов работы лазера в случае использования пассивной и активной модуляции добротности резонатора.

4. Решение задач, связанных с уменьшением критичности к разъюстировке резонатора с внутрирезонаторной телескопической системой, работающего в режиме малого количества возбуждаемых поперечных мод.

5. Разработка и исследование внутрирезонаторного интерферометрического отражателя.

6. Повышение энергетической эффективности и уменьшение массогабаритных характеристик лазерной системы при использовании многоэлементных квантронов в компактных твердотельных лазерных системах.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые: 1. Показана возможность настройки резонатора лазера перестроением внутрирезонаторной телескопической системы в режимы минимальной расходимости, максимальной энергии, максимальной яркости излучения и максимальной эффективности. Определены границы величины коэффициента увеличения внутрирезонаторного телескопа импульсных компактных лазеров, работающих в режиме модулированной добротности.

2. Применен модифицированный интерферометр Саньяка в качестве глухого зеркала резонатора с целью уменьшения критичности к разъюстировке резонатора лазера и улучшения однородности поперечного распределения излучения.

3. Экспериментально исследовано влияние амплитудно-фазовых характеристик зеркал с трапецеидальным поперечным профилем коэффициента отражения на расходимость и яркость излучения лазера. Показано, что применение таких зеркал может увеличить яркость, стабилизировать энергетические и угловые характеристики излучения мощного импульсного твердотельного лазера.

4. Проведено экспериментальное исследование многоэлементных квантронов. Определена целесообразность их применения в компактных лазерных системах с различными типами активных сред.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Применение перестраиваемой внутрирезонаторной телескопической системы позволяет реализовать различные режимы генерируемого излучения: режим минимальной расходимости, режим максимальной энергии, режим максимальной яркости и режим максимальной эффективности компактного лазера.

2. Использование модифицированного интерферометра Саньяка в качестве отражателя резонатора лазера, совместно с внутрирезонаторной телескопической системой, дает возможность уменьшить критичность резонатора к разъюстировке с сохранением высокой энергетической эффективности и яркости генерируемого излучения мощного компактного лазера.

3. Применение градиентного зеркала с осесимметричным трапецеидальным поперечным распределением коэффициента отражения, таким что г1=(0.6-0.7)гаэ и г2=(0.8-0.9)гаэ, где rl, г2 радиусы основании трапеции и гдэ - радиус активного элемента, в качестве выходного отражателя резонатора лазера приводит к повышению пространственно энергетической стабильности излучения.

4. Применение многоэлементных квантронов в мощных компактных NdrYAG лазерных системах позволяет увеличить эффективность и снизить массогабаритные характеристики по сравнению с применением одноэлементных квантронов.

Реализация результатов диссертационной работы.

Результаты диссертационной работы были использованы в СП6ГУИТМ0, УНП "Лазерный центр ИТМО", ФГУП НИИ "Лазерной физики" (г.Санкт-Петербург) при разработке и оптимизации твердотельных лазерных систем различного назначения. Результаты настоящей работы использованы при построении лазерной системы для космического проекта "Фобос", семейства мощных импульсных твердотельных лазеров "ЛИМА" для систем дистанционного зондирования атмосферы, лазерных систем для технологии синтеза наночастиц, используемых для разработки химических катализаторов нового поколения и водородных источников энергии.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры Лазерной техники и биомедицинской оптики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий механики и оптики при подготовке студентов по направлению 200200 "Оптотехника", специальностям 200201 "Лазерная техника и лазерные технологии", 200203 "Оптико-электронные приборы и системы", при подготовке бакалавров и магистров по направлению 140400 "Техническая физика".

Личный вклад автора.

Автор лично провел большинство экспериментальных исследований, обработал и систематизировал результаты исследований, изложенных в диссертации. Автор также участвовал в разработке математических моделей и принимал непосредственное участие в разработке и оптимизации лазерных излучателей и их компонентов.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях: Международной конференции «Фобос», научно методические аспекты исследований (Москва, 1988г), 13 Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ( Минск, 1988 г.), 4 международном семинаре «Научное космическое приборостроение» (г.Фрунзе, 1989г.), Международные конференции "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург 1990, 1995,1998, 2000, 2003, 2006,

2008 г.), "Прикладная оптика-96" (Санкт-Петербург, 1996), "Оптика и научное приборостроение - 2000" ФЦП "Интеграция" (Санкт-Петербург, 2000г.), Результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы. Материал изложен на 119 страницах, содержит 37 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 115 наименований.

Основные выводы: применение многоэлементных квантронов при создании мощных компактных лазерных систем с несколькими каскадами усиления позволяет:

- увеличить энергетическую эффективность усилителей,

- снизить массогабаритные характеристики излучателя и лазерной системы в целом за счет использования меньшего количества элементов источника накачки. Эффективность каскадов усиления излучения на базе многоэлементных квантронах существенно зависит от оптической плотности активной среды.

7" 7

Рис.5.1. Схема одноканальной лазерной системы.

1 - интерферометрический отражатель,

2 - внутрирезонаторный телескоп, 3,3' - активные элементы,

4 - ячейка Покельса,

5,5'- поляризаторы,

6 - выходное зеркало,

7,7',7" - поворотные зеркала,

8,8',8" - телескопы,

9,9' - телескопы,

10,10' - поляризаторы,

11 - кристалл КТР,

12,12' - импульсные лампы.

1 2 3 45467 8

Рис 5.2. Схема двухканальной лазерной системы.

1-интерферометрический отражатель,

2- внутрирезонаторный телескоп,

3- лазерный стержень (генератор),

4- поляризатор,

5- ячейка Покельса,

6- выходное зеркало,

7- телескоп,

8- оборачивающее зеркало,

9- усилитель,

10- линза,

11- делительная пластина,

12- кристалл второй гармоники

0<8>0 а) б)

Рис.5.3 Конструкции отражателей двухэлементных квантронов

Заключение

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование мощного твердотельного лазера с внутрирезонаторным телескопом, интерферометрическим отражателем и градиентными зеркалами в режимах активной и пассивной модуляции добротности резонатора. Изучено влияние расстройки внутрирезонаторного телескопа на характеристики генерации.

Показано, что применение интерферометрического отражателя уменьшает влияние разъюстировки зеркал на выходные параметры лазера.

Применение градиентных зеркал позволяет значительно улучшить пространственно-угловые характеристики излучения и повысить стабильность и воспроизводимость волнового фронта генерируемого излучения.

Выполнены исследования по оптимизации усилительных каскадов мощных лазерных систем. Показано, что применение квантронов с несколькими активными элементами позволяет значительно уменьшить массово-габаритные характеристики лазерных систем и увеличить их энергетическую эффективность.

Разработаны, рассмотрены и реализованы оптические схемы мощных одноканальных и двухканальных твердотельных лазерных излучателей с энергией генерации более 1 Дж на длине волны второй гармоники при частоте повторения импульсов 10-30 Гц.

1. Справочник по лазерам. // Под ред. A.M. Прохорова. В 2-х томах. Т.1. М.: Сов. радио, 1978, 504с. Т.2. М.: Сов. радио, 1978, 400с., с илл.

2. Ю.А. Ананьев. Оптические резонаторы и лазерные пучки. М.: Наука, 1990, 264с.

3. А.А. Мак, JI.H. Соме, В.А. Фромзель, В.Е. Яшин. Лазеры на неодимовом стекле. М.: Наука, 1991.

4. А.В. Мезенов, Л.М. Соме, А.И. Степанов. Термооптика твердотельных лазеров. Л.: Машиностроение, 1986.-199с.

5. Г.М. Зверев, Ю.Д. Голяев, Е.А. Шалаев, А.А. Шокин. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом. М.: Радио и связь, 1985.-144с.

6. Г.М. Зверев, Ю.Д. Голяев. Лазеры на кристаллах и их применение. М.гРадио и связь, 19946-312с.

7. Н.Е. Алексеев, В.П. Гапонцев, М.Е. Жаботинский и др. Лазерные фосфатные стекла. М.: Наука, 1980, -352с.

8. W. Koechner. Solid-state laser engineering. Fourth extensively revised and updated edition. Springer, 1996, -708p.

9. A.E. Sigman. An introduction to lasers and masers. McGraw-Hill, New-York, 1971.

10. H. Hodgson, H. Weber. Optical resonators. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New-York, 1996, -658p.

11. The physics and technology of laser resonators. Edited by D.R. Hall and P.E. Jackson. Adam Hilger, Bristol and New-York, 1989, -252p.

12. H.A. Свенцицкая, Л.Д. Хазов. // Увеличение направленности излучения рубинового ОКГ за счет вынесенного отражателя. ЖПС, 1966, т.З, стр. 230

13. P. Н. Sarkies. // A stable YAG resonator yielding a beam of very low divergence and high output energy. Optics Communications, 1979, v.31, №2, p. 189-192.

14. D.C. Hanna, C.G. Sawyers, M.A. Yuratich. // Telescopic resonators for large-volume TEMoo mode operation. Optical and Quantum Electronics, 1981, v. 13, p.493-507.

15. D.C. Hanna, C.G. Sawyers, M.A. Yuratich. //Large volume TEMoo mode operation of NdrYAG lasers. Optics Communications, 1981, v.37, №5, p.359-362.

16. B.P. Кушнир. // О стабильности каустики в плоскосферических резонаторах с внутренней линзой. КЭ, 1978, т.5, №6, стр. 1248-1256.

17. Ю.А. Ананьев, Н.А. Свенцицкая, В.Е. Шерстобитов. // ДАН СССР, 1968, т.79, с.1304

18. D.C. Hanna, L.C. Laycock. // An unstable resonator Nd-YAG laser. Optical and Quantum Electronics, 1979, v. 11, p.153-160.

19. P.G. Gobbi, S. Morosi, G.C. Reali, A.S. Zarkasi. // Novel unstable resonator configuration with a self-filtering aperture: experimental characterization od the Nd:YAG loaded cavity. Apllied Optics, 1985, v.24, №1, p.26-33.

20. Б.Р. Белостоцкий, A.C. Рубанов. Тепловой режим твердотельных оптических квантовых генераторов. М.: Энергия, 1973, -168с.

21. Б.Р. Белостоцкий, Ю.В. Любавский, В.М. Овчинников. Основы лазерной техники. Твердотельные лазеры. Под ред. акад. A.M. Прохорова, М.: Сов. радио, 1972, -408с.

22. Г.Б. Альтшулер, Е.А. Исянова, В.Б. Карасев, А.Л. Левит, В.М. Овчинников. // КЭ, 1977, т.4, №7, стр. 1517-1520.

23. В.Б. Карасев. Резонаторы с вращением поля. // Оптический журнал, 1995, №8, с.24-27.

24. М.А. Воронцов, А.В. Корябин, В.И. Полежаев, В.И. Шмальгаузен. // Внутрирезонаторная адаптивная коррекция излучения импульсного ИАГ-лазера. Известия академии наук, серия физическая, 1992, т.56, N°12, с.73-75.

25. В.В. Аполлонов, Г.В. Вдовин, В.И. Кислов, A.M. Прохоров, С.А. Четкин. // Управление выходной мощностью лазера с активным неустойчивым резонатором. КЭ, 1991, т. 18, №3, с.358.

26. В.В. Аполлонов, Г.В. Вдовин, В.И. Кислов, A.M. Прохоров, С.А. Четкин. // Прозрачность и модовая селективность резонаторов с изменяемой конфигурацией для управления мощностью лазерного излучения. КЭ, 1992, т. 19, №6, с.596-602.

27. А.А. Мак, В.М. Митькин, В.Н. Полухин. // Об одной возможности увеличения яркости излучения лазера на неодимовом стекле. КЭ, 1975, т.2, №4, стр.850.

28. В.М. Митькин. // Особенности генерации термообработанных активных элементов. Квантовая электроника, 1981, т.8, N°3, с.484-490.

29. В.Г. Евдокимова, А.А. Мак, JI.H. Соме, А.И. Шафаростов // О компенсации наведенного двулучепреломления в лазерных системах пассивными анизотропными элементами. КЭ, 1975, т.2, №9, стр.1915.

30. Б.Я. Зельдович, Н.Ф. Пилипецкий, В.В. Шкунов. // Успехи физ. наук, 1982, т.138, вып.2, стр.249

31. V.A. Mikhailov, A.M. Prokhorov, I.A. Scherbakov. // Laser.Physics, 1991, v.l, №6, p.l

32. Г.И. Дьяконов, В.Г. Лян, В.А.Пак, И.А.Щербаков. // КЭ, 1991, т. 18, №7, стр. 805

33. В.В.Андреев, Г.И.Дьяконов, В.Г.Лян, В.А.Маслов, В.А. Михайлов, Д.А. Николаев, С.К. Пак, О.П. Шаунин, И.А. Щербаков. // ИСГГ:Сг:Ш-лазер с к.п.д. 1.5-2% на частоте излучени, удвоенной в кристалле КТР. КЭ, 1991, т.18, №9, стр. 1038

34. Н. Kogelnik and Т. Li. // Laser beams and resonators. Proc. IEEE, 1966, v.54, №9, p. 1312-1329; Applied Optics, v.5, №9, p. 1550.

35. А.И. Колядин, Л.П. Тютикова. // ОМП, 1965, № 7, стр. 22.

36. Ю.А. Ананьев, В.Е. Шерстобитов. Влияние краевых эффектов на свойства неустойчивых резонаторов // В сб.: "Квантовая электроника" / Под ред. Н.Г. Басова. -1971. № 3. - С. 82-89.

37. A. Hardy. Gaussian modes of resonators containing saturable gain medium // Appl. Opt. 1975. - Vol. 19,1 22. - P. 3830-3836.

38. L.W. Casperson. Mode stability of lasers and periodic optical systems // IEEE J. Quantum Electron. 1974. - Vol. 10,1 9. - P. 629-634.

39. A. Yariv, P. Yeh. Confinement and stability in optical resonators employing mirrors with Gaussian reflectivity tapers // Opt. Comm. 1975. - Vol. 13,1 4. - P. 370-374. (

40. L.W. Casperson, S. Lunnam. Gaussian modes in high loss laser resonators // Appl. Opt.- 1975. Vol. 14,1 5. - P. 1193-1199

41. Ю.А. Ананьев. Комплексный эйконал и его применение // Доклады АН СССР. -1984. Т. 279, № 5. с. 1087-1091.

42. С.Н. Власов, В.И. Таланов. О селекции аксиальных типов колебаний в открытых резонаторах // Радиотехника и электроника. 1965. - Т. 10, № 3. - С. 552-554.

43. Н.Г. Вахитов. Открытые резонаторы с зеркалами, обладающими переменным коэффициентом отражения // Радиотехника и электроника. 1965. - Т. 10, № 9. -С. 1676-1683.

44. Н. Zucker. Optical resonators with variable reflectivity mirrors // Bell Syst. Tech. J. -1970. Vol. 49, № 9. - P. 2349-2376.

45. Walsh D.M., Knight L.V. Transverse modes of a laser resonator with Gaussian mirrors // Appl. Opt. 1986. - Vol. 25, № 17. - P. 2947-2954

46. Duplain G., Verly P.G., Dobrowolski J. A. et al. Grade-reflectance mirrors for beam quality control in laser resonators // Appl. Opt. 1993. - Vol. 32, № 7. - P. 1145-1153.

47. Papers presented at the Workshop on Laser Resonators with Graded Reflectance Mirrors, 8-9 September 1993 // Pure Appl. Opt. 1994. - Vol. 3, № 4. - P. 417-599.

48. McCarthy N., Lavigne P. Large-size Gaussian mode in unstable resonators using Gaussian mirrors // Opt. Lett. 1985. - Vol. 10, № 11. - P. 553-555.

49. S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni, O. Svelto. Nd:YAG laser with multidielectric variable reflectivity output coupler // Opt. Comm. 1988. - Vol. 67, № 3. - P. 229-232.

50. A. Parent, N. McCarthy , P. Lavigne. Effects of hard apertures on mode properties of resonators with Gaussian reflectivity mirrors // IEEE J. Quantum Electron. 1987. -Vol. 23, № 2. - P. 222-228.

51. KJ. Snell, N. McCarthy, M. Piche, P. Lavigne. Single transverse mode oscillation from an unstable resonator Nd:YAG laser using a variable reflectivity mirror // Opt. Comm.- 1988. Vol. 65, № 5. - P. 377-382.

52. P. Lavigne, A. Parent, K.J. Snell, N. McCarthy. Laser mode control with variable reflectivity mirrors // Can. J. Phys. 1988. - Vol. 66, № 10. - P. 888-895.

53. S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni et al. Unstable laser resonators with super-Gaussian mirrors // Opt. Lett. 1988. - Vol. 13,1 3. - P. 201-203.

54. S. De Silvestri, P. Laporta et al. Solid-state laser unstable resonators with tapered reflectivity mirrors: the super-Gaussian approach // IEEE J. Quantum Electron. 1988. Vol. 24,№6.-P. 1172-1177.

55. F. Docchio, L. Pallaro, O. Svelto. Pump cavities for compact pulsed Nd:YAG lasers: a comparative study. // Appl. Opt., 1985, vol. 24, № 22, p. 3752-3755.

56. G. Bostanjoglo, Н. Weber. Verbesserung von Leistungs-Laser-Charakteristiken durch optimierte Gradientenspiegel // Laser und Optoelektronik. 1996. - Bd. 28, № 4. - S. 51-61.

57. M. Morin. Graded reflectivity mirror unstable resonators // Opt. Quantum Electron. -1997.-Vol. 29, №8.-P. 819-866.

58. N.A. Generalov, N.G. Solov'yov, M.Yu. Yakimov, V.P. Zimakov. Beam quality improvement by means of unstable resonator with variable reflectivity output coupler // Proc. SPIE. 1999. - Vol. 3267. - P. 144-155.

59. H. Bartels, N.A. Generalov, U. et al. Habich. VRM resonator performance in high-power cw C02 lasers // Proc. SPIE. 1999. - Vol. 3686. - P. 121-129.

60. M.S. Bowers. Diffractive analysis of unstable optical resonators with super-Gaussian mirrors // Opt. Lett. 1992. - Vol. 17,1 19. - P. 1319-1321.

61. P.-A. Belanger, С. Pare. Unstable laser resonators with a specified output profile by using a graded-reflectivity mirror: geometrical optics limit // Opt. Comm. 1994. - Vol. 109, №5, 6.-P. 507-517.

62. Ю.А. Калинин, A.A. Мак, А.И. Степанов и др. ОКГ с переменным по сечению пропусканием зеркал резонатора // ЖЭТФ. 1969. - Т. 56, № 4. - С.1161-1168.

63. А.В. Аладов, В.В. Беззубик, Н.Р. Белашенков. и др. Применение зеркал с квазитрапециидальным распределением коэффициента отражения в резонаторах твердотельных лазеров высокой яркости // Оптический журнал. 1995. - Т. 62, № 8. - С. 19-23.

64. А.В. Аладов, В.В. Беззубик, Н.Р. Белашенков. и др. Применение зеркал с переменным коэффициентом отражения в компактных твердотельных лазерных системах // Известия вузов. Приборостроение. 1998. - Т. 41, № 3. - С. 53-57.

65. П.Х. Бернинг. Теория и методы расчета оптических свойств тонких пленок // В кн.: "Физика тонких пленок" / Под ред. Г. Хасса / Пер. с англ. М.: Мир, 1967. -Т. 1. - С. 91-151.

66. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики / Пер. с англ. М.: Наука, 1970. -856 с.

67. P. Zhang, Liu Sh. Optical materials and films applied in industrial lasers // Proc. SP1E. 1999. - Vol. 3862. - P. 320-323.

68. J. Strong, E. Gaviola. On the figuring and correcting of mirrors by controlled deposition of aluminium // J. Opt. Soc. Amer. 1936. - Vol. 26, № 4. - P. 153-162.

69. Б.А. Шапочкин. Вакуумная асферизация // ОМП. 1960. - № 6. - С. 41-43.

70. S.P. Chang, J.-M. Kuo, Y.-P. Lee. Transformation of Gaussian to coherent uniform beams by inverse-Gaussian transmittive filters // Appl. Opt. 1998. - Vol. 37, № 4. - P. 747-752.

71. Ким Чжон Суп, Э.С. Путилин Формирование толщины слоев вакуумным испарением. // Оптический журнал. 1998. - Т. 65, № 10. - С. 108-112.

72. JI. Холлэнд. Нанесение тонких пленок в вакууме / Пер. с англ. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 608 с.

73. Н.П. Милованов. Формирование неравнотолщпнных тонкопленочных покрытий на сферической подложке напылением из наклонного испарителя // ОМП. 1987. - № 5. - С. 27-30.

74. J.M. Eggelson, G. Giuliani, R.L. Byer. Radial intensity filters using radial birefringent element//J. Opt. Soc. Amer. 1981. - Vol. 71,1 10. - P. 1264-1272.

75. D.J. Harter, J.C. Walling. Low-magnification unstable resonators used with ruby and alexandrite lasers // Opt. Lett. 1986. - Vol. 11,1 11. - P. 706-708.

76. S. Kurtev, O. Denchev. Investigation of unstable resonators with a variable-reflectivity mirror based on a radial birefringent filter for high-average-power solid-state lasers // Appl. Opt. 1995. - Vol. 34, № 21. - P. 4228-4234.

77. S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni. Laser output coupler based on a radially variable interferometer// J. Opt. Soc. Amer. A. 1987. - Vol. 4, № 8. - P. 1413-1418.

78. А.Г. Жиглинский, В.В. Кучинский. Реальный интерферометр Фабри Перо. -Л.: Машиностроение, 1983. - 176 с.

79. P. Lavigne, N. McCarthy, J.-G. Demers. Design and characterization of complementary Gaussian reflectivity mirrors // Appl. Opt. 1985. - Vol. 24, № 16. - P. 2581-2586.

80. A. Parent, P. Lavigne. Increased frequency conversion of Nd:YAG laser radiation with a variable-reflectivity mirror // Opt. Lett. 1989. - Vol. 14, № 8. - P. 399-401.

81. S. Chandra, Т.Н. Allik, J.A. Hutchinson. Nonconfocal unstable resonator for solid-state dye lasers based on a gradient-reflectivity mirror // Opt. Lett. 1995. - Vol. 20, 1 23. -P. 2387-2389.

82. A. Piegari, G. Emiliani. Laser mirrors with variable reflected intensity and uniform phase shift: design process // Appl. Opt. 1993. - Vol. 32, № 28. - P. 5454-5461.

83. G. Bostanjoglo, A. Bernhardt. Variable reflectivity mirrors for Nd:YAG (1.06-pm) and Er:YAG lasers (2.94-^im) // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2253. - P. 791-801.

84. A.M. Piegari, S. Scaglione, G. Emiliani. Laser optical coatings with different reflectance profiles // Proc. SPIE. -1996. Vol. 2776. - P. 39-47.

85. J1.A. Губанова., В.А. Дмнтренко, Э.С. Путилин. Многослойные диэлектрические зеркала с переменным профилем коэффициента отражения для лазерных систем // Оптический журнал. 2000. - Т. 67, № 3. - С. 91-97.

86. К.В. Балышев, Э.С. Путилин, С.Ф. Старовойтов. // Исследование воспроизводимости выходных параметров многослойных диэлектрических систем во время изготовления. Оптический журнал. 1998. - Т. 65, № 3. - С. 3943.

87. G. Burns, F.H. Dacol. Ferroelectrics, 1983, v.52, p. 103.

88. С. Zizzo, С. Arnone, С. Call, S. Sciortino. Fabrication and characterization of tuned Gaussian mirrors for the visible and near infrared // Opt. Lett. 1988. - Vol. 13, № 5. -P. 342-344.

89. B.H. Алексеев, Е.Г. Бордачев, С.В. Головин и др. Расчет и экспериментальное исследование энергетических характеристик дисковых усилителей на неодимовом стекле.// Квантовая электроника, т. 7, № 9 (1980), с. 1906 1913

90. Н.Р. Белашенков, В.Б. Карасев, В.В. Назаров, и др. Влияние фазового отклика выходного градиентного зеркала на характеристики лазерных мод плоскопараллельного резонатора // Оптический журнал. 2000. - Т. 67, № 1. - С. 25-28.

91. А.Г. Жиглинский, С.Г. Парчевский, Э.С. Путилин. Формирование фронта световой волны в интерферометре Фабри-Перо // Оптика и спектроскопия. -1977.-Т. 43, вып. 1.-С. 110-113.

92. А. В. Левошкин. К вопросу об эффективности осветителя в форме кругового цилиндра//Квантовая электроника, 1995, Т. 22,№ 8, стр. 843 846.

93. J. D. Kuppenheimer, Design of multilamp nonimaging laser pump cavities // Opt. Eng., 1988, Vol. 27, p. 1067-1071.

94. А. А. Мак, Ю. А. Ананьев, Б. А. Ермаков. Твердотельные оптические квантовые генераторы. //УФН, 1967, т. 92, вып. 3, с. 373-426.

95. W. Seca, J. Soures, О. Lewis, J. Bunkenburg, D. Brown, S. Jacobs, G. Mourou, J. Zimmerman. High-power phosfate glass laser system; design and perfomance characteristics. // Appl. Opt., 1980, vol. 19, № 3, p. 409-419.

96. D.R. Shafer. Laser fusion optical system. // Appl. Opt., 1980, vol. 19, № 7, p. 1212.

97. IO.А. Ананьев. // КЭ, 1989, т. 16, №10, c.2107.

98. Храмов В.Ю. Оптотехника мощных твердотельных лазеров. Автореферат диссертации д.т.н., Санкт-Петербург, 2002

99. L.M. Frantz, J.M. Nodvik. Theory of pulse propagation in a laser amplifier. J. Appl. Phys., 1963, v.34, N8, p.2346.

100. С. Б. Бирючинский. Лазерно-оптические системы с рециркуляцией фотонов. : Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук: 05.27.03 / С.-Петерб. гос. ин-т точной механики и оптики (техн. ун-т), СПб,: 1999. 16 с

101. Л.В. Тарасов. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М.: Радио и связь, 1981.

102. А.Л. Микаэлян, М.Л. Тер Микаэлян, Ю.Г. Турков. Оптические генераторы на твердом теле. М: Сов. радио, 1967.

103. В.Г. Дмитриев, И.Я. Ицхоки, К.М. Швом. // К теории генерации твердотельного лазера с не мгновенным включением добротности резонатора. Электронная техника. Сер. 10, Квантовая электроника, 1975, вып.1, стр.30-34.

104. В.А. Бученков и др. // О температурной зависимости усиления моноимпульсов в АИГ: Nd3+. КЭ, 1981, т.8, №, стр. 1170.

105. B.C. Бураков и др // Свойства пассивного затвора на центрах окраски кристалла LiF. Журн. прикл. спектроскопии, 1982, т.36, № 3, стр. 494—496.

106. И.Н. Ильичев, П.П. Кущ, Л.А. Малютин. // Влияние температуры LiF(F2") на моноимпульсный режим работы неодимового лазера на стекле. КЭ, 1985, т.12,№8, стр. 1721-1723.