автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Параметрические преобразователи с высокой импульсной и средней мощностью

РГ6 од

3 о лвг гззз

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ

Па праппх рукописи

Фельдштеин Феликс Исаакопич

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ВЫСОКОЙ ИМПУЛЬСНОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТЬЮ

05.27.01 - твердотельная электроника и микроэлектроника 05.27.03 - квантовая электроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород 1993

Работа выполнена в Институте прикладной физики АН России, г. Н.Новгород

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор Г.И.Фрейдман

кандидат физико-математических наук Л. Л.КиОин

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Я. И. Ханин кандидат физико-математических наук, с.н.с. А.И.Холодных

Московский Инденерно-Физический Институ (г. Москва)

Ведущее предприятие:

Защита состоится " 20 " сентября 1993 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 003.30.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук в Институте прикладной физики ЛН России (603600, г. Н.Новгород, ул. Ульянова, 46).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики АН России.

Автореферат разослан "_"___ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы. В последние десятилетия перестраиваемые по частоте лазерные источники находят самые разнообразные применения как в научных исследованиях (прежде всего в спектроскопии), так и в технологии (получение сверхчистых веществ, разделение изотопов), для лабораторного и дистанционного контроля состояния окружающей среды, в медицине (диагностика, терапия и хирургия) и других областях человеческой деятельности.

Факторами, сдерживающими в настоящее время использование перестраиваемых источников когерентного излучения, являются их высокая стоимость, недостаточная надежность и низкая энергетическая эффективность. Кроме того, для многих приложений необходимо получение высоких импульсных и средних мощностей излучения. Особенно важны энергия и мощность при исследовании и использовании нелинейных эффектов. Поэтому повышение энергетической эффективности преобразования частоты излучения "'создание перестраиваемых источников с высокой импульсной и средней мощностью является весьма актуальной задачей.

Для мощных лазерных систем, работающих з разовом режиме, задача создания высокоэффективных преобразователей частоты

(генераторы гармоник и параметрические генераторы света) н основном решена.

Однако ясно, что сфера применения лазерных источников, работающих в разовом режиме, весьма ограничена. Сочетание высокой пиковой и средней мощности достижимо в импульсно-периодических системах. Большая часть вопросов, рассматриваемых в диссертации, связана со спецификой импульсно-периодического режима. Это - необходимость обеспечения долговременной работы нелинейных элементов в мопршх пучках накачки (ресурс 103- 3 О4 импульсов, вполне достаточный для разовых лазеров, означает часы или даже минуты работы в импульсно-периодическом режиме), получение накачки с хорошей направленностью при наличии фазовых аберраций, типичных для кристаллических активных элементов. Еще один специфический момент - необходимость автоматизации измерений и обработки их результатов, поскольку информационные потоки многократно превышают возможности ручного ввода и обработки данных.

Цель диссертационной работы заключалась в исследовании путей оптимизации высокоэффективных импульсно-периодических параметрических преобразователей, создании действуют^* лабораторных макетов и применении их в физических исследованиях .

Научная новизна.

1. Проведено экспериментальное исследование лучевого пробоя и старения кристаллов сс-1л10з в широких пучках накачки. Определены реальные уровни плотности энергии, при которой возможна долговременная работа нелинейнооптических преобразователей в импульсно-периодическомрежиме.

2. Впервые проведено экспериментальное исследование обращения волнового фронта цуга наносекундных импульсов при ВРМБ

сфокусированных пучков на Х-1.08 мкм в газообразных v чшдких средах.

3. Проведена экспериментальная апробация схемы пграмэтри-ческого генератора света с автоинжекциеи, позволившая повис/ть эффективность преобразования при сохранении узкого спектра и диаграммы направленности выходного излучения.

Практическая значимость работы.

1 . Данные по лучевой стойкости кристаллов иодата лития могут быть использованы при разработке нелкнейнсоптических устройств.

2. Создан одномодовый источник цуга наносекупдньгх импульсов на основе двухпроходового усилителя на ИАГ:Кй и НАЛс ОБ>-ЗРМБ зеркалом.

3. Разработан и создан импульсно-периодический параметри-1еский генератор света с автоинжекцией сигнала и синхронной гакачкой. По сравнению с традиционной схемой понижен порог 'енерации, расширен спектральный диапазон и увеличена зффек-'ивность преобразования при сохранении узкого (горядка не-:кольких см"1 в неселективном резонаторе) спектра к малой расходимости выходного излучения.

4. í{a основе высокоэффективного ПГС разработан и создан птоматизированный оптико-акустический спектрометр для изме-ения малых поглощений в конденсированных средах.

5. Разработан и создан эффективный трехкэскадннй генератор ятой гармоники как одномодопого, так и мчогомодопого лазера на AJl:Nd с использованием сложения 5»ц = 4mi + tei в кристалле KDP ри комнатной температуре (угловой синхронизм) и в режиме не-ритичного по углу синхронизма при -60'С.

6. Создан многофункциональный автоматизированный лазерный эмплекс для проведения лазерных экспериментов и исследования

взаимодействия излучения с веществом.

Положения, выносимые на защиту.

1. В кристаллах 1л10з в широких пучках накачки на длине волны 1.06-1.08 мкм эффект фотостарения не наблюдается. Разрушающая плотность энергии для моноимпульса длительностью 40 не и цуга наносекундных импульсов с такой же огибающей и скважностью 6-8 отличается на 20-30%.

2. Диухлроходовый усилитель с 0ВФ зеркалом на ВРМБможет был использован для формирования высоконаправленного излучени* при усилении цуга наносекундных импульсов за счет эффекта накопления гиперзвука.

3. Применение автоинжекции сигнала в однорезонаторном ПГС с нерезонансным отражением накачки позволяет заметно повысит! эффективность преобразования и расширить спектральный диапазон перестройки при сохранении узкого (порядка нескольких см" в неселективном резонаторе) спектра и малой расходимости выходного излучения.

4. В кристалле КБР при положительных температурах возможш высокоэффективное сложение 4 и 1 гармоник лазера на ИАЛ:Ш I расходимостью до 10-20 угловых минут.

Апробация результатов.

Основные результаты диссертации докладывались на IV Всесо юзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1984), V Всесо юзной конференции "Оптика лазеров"(Ленинград, 1987), II Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и сис темах передачи информации" (Таллин, 1987), XIII Международно конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988) VII Всесоюзной конференции по взаимодействию излучения с веще ством (Ленинград, 1988), VI Всесоюзной конференции "Оптик лазеров" (Ленинград, 1990), VIII Всесоюзной конференции п

1заимодействига излучения с веществом (Ленинград, 1991), XV !еждународной конференции ю физической химии (Пария, 1931), [IV Международной конференции по когерентной и нелинейной оп-■ике (Ленинград, 1992), Международной конференции "АсЗулпсссЗ ацег-1ес1то1оцу" (Москва, 191)2)

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Приложения и (включения. Объем диссертации составляет 114 страниц текста, ¡8 рисунков, 2 таблицы. Список литературы включает 92 наимсно-

1ЭНИЯ .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сфор-улирована ее цель, кратко изложено содержание диссертации.

Первая глава посвящена экспериментальному исследованию лу-евой стойкости иодата лития .

Для обеспеч%ния надежной и долговременной работы необходи-а, с одной стороны оптимизация схемы нелинейного преобразова-еля и размеров элемента, с другой стороны - достоверная нформация о предельно допустимых лучевых нагрузках на кри-талл.

Несмотря на наличие большого количества экспериментальных анных по стойкости иодата лития, для определения порога опти-еского повреждения кристаллов в пглроких пучках накачки потре-овалось проведение специальных исследований. Эго связано, э-первых, с тем, что в известных автору работах исследование тойкости проводилось в узких (диаметром < 0.1 мм) пучках, а в одате лития имеет место размерный эффект (зависимость разру-ающей плотности энергии от размера пучка). Во-вторых, постойное совершенствование технологии роста кристаллов приводит

как к расширению спектральной области прозрачности, так и к повышению их стойкости.

Выли определены пороги оптического пробоя иодата лития п широких пучках накачки в ноле моноимпульсов и цугов субнаносе-кундкых импульсом. Измерения проводились на первой и второй гармониках М лазера. Показано, что на Х-1.08 мкм эффект старения, обнаруженный в узких пучках (1 ], отсутствует. Это, пови-димому, связано с тем, что в широких пучках пробой инициируется более крупными дефектами, вероятность попадания которых в узкие пучки мала . Микроскопические и спектральные исследования показали корреляцию стойкости с концентрацией дефектов и ультрафи -олетопой границей прозрачности кристаллов, что может быть использовано для норазрушающей оценки стойкости.

Выбор режима работы и длины нелинейного элемента, проведенный на основании полученных данных о стойкости, позволил обеспечить долговременную работу нелинейных элементов прг высокоэффективном преобразовании.

Вторая глава диссертации посвящена исследованию усилителей с ОВФ зеркалом на вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюенг (ВРМБ). В первом параграфе рассматривается традиционный режи» усиления моноимпульса длительностью 30-40 не. Еще в 5 972 год^ была предложена и экспериментально осуществлена идея использовать эффект обращения волнового фронта (ОВФ) для исправлени; аберраций, вносимых активными элементами лазерных усилителей Эта идея заключается в том, что волновой фронт излучения посл< отражения от ОВФ-зеркала при обратном прохождении через опти чески неоднородный активный элемент проделывает обратную эво люцию гю времени и восстанавливает исходную форму.

Наиболее перспективным для практической реализации отраже ния с ОВФ в ближнем ИК диапазоне оказалось использование эффект.

ютречного вынужденного рассеяния Мандельштама-Бряллюена |ВРМВ). Существует развитое теоретическое описание процесса )ВФ при ВРМБ для случаев сильно многомодового (когда расходимость излучения 0 много больше дифракционной 0Д) и почти одномо-{ового излучения. Аберрации, вносимые кристаллическими штивными элементами, как правило, соответствуют наихудшему "маломодовому" случаю 0~ 3. . . 100д, для которого нет количественного теоретического описания. Оценки показывают, что этот случай является наихудшим и в смысле качества ОВФ при ВРМБ

Тем не менее экспериментальные исследования показали, что так в светопроводах, так и в сфокусированных пучках обращение волнового фронта при ВРМБ успешно реализуется. Так, в 1980 году Зубаревым с соавторами [2 ] была продемонстрирована возможность использования ОВФ-ВРМВ зеркала в АИГ усилителе и получена выходная энергия 0.1 Дж в пучке с дифракционной расходимостью.

В первом параграфе приводятся результаты экспериментального исследования возможности повышения в ыходной энергии аналогичной усилительной системы. Использование двухкаскадного усилителя потребовало применения более совершенной магнитооптической системы развязки и вывода усиленного излучения. Такая система, работащая в импульсно-периодическом реясиме, была разработана и создана автором. В результате проведенных исследований получена выходная энергия 0.25 Дж.

Для многих приложений (и, в частности, для накачки параметрических генераторов света) представляет интерес усиление цуга импульсов с длительностью 0.5 -1.5 не и длительностью огибающей 20-40 не. Использование для усиления такого цуга традиционной схемы двухпроходового усилителя с ОВФ-ВРМВ зеркалом выглядит весьма привлекательно, но требует отдельного исследования, поскольку процесс ВРМБ в этом случае является существенно не-

стационарным (время релаксации гкперзвуковой решетки тр состав ляет 20-30 не для сжатых газов и порядка 1 не в жидкостях). Оценк показывают, что в газоных средах должен иметь место эффек накопления гиперзвука от импульса к импульсу [3* ], в результат чего происходит эффективная запись гиперзвуковой решетки соблюдаются условия для ОВФ при ВРМБ. В жидкостях, где врем релаксации гиперзвука в несколько раз меньше периода следо вания импульсов в цуге (5-10нс), априори невозможно ответить н вопрос, выполняются ли условия для эффективного отражения о ВРЫВ - зеркала. Результаты проведенного исследования, изложен ные во втором параграфе 2 главы, показывают, что как в газооб разных (БГб.Хе) так и в жидких СПС14) средах реализуется режи ОВФ при ВРМБ и энергетические характеристики выходного излуче ния получаются близкими к наблюдаемым в моноимпульсном режиме

Проанализирована временная структура отраженного от ОВФ зеркала и выходного излучения. При отражении от газообразны сред с большим временем релаксации гиперзвука происходит укру чение переднего фронта огибающей цуга импульсов, которое ещ более подчеркивается при обратном усилении в режиме насыщения Форма и длительность импульсов при отражении от газов остаетс практически неизменной. При отражении от жидкости, где врем, релаксации гиперзвука меньше периода их следования, наоборот сохраняется форма огибающей цуга, а импульсы укорачиваются.

Третья глава диссертации посвящена собственно нелинейны преобразователям (параметрический генератор света и генерато; пятой гармоники). В первом параграфе приведены результаты экс периментального исследования схемы ПГС с автоинжекцией сигна ла, идея которой состоит в том, что излучение накачки < моп[ностью, немного превышающей порог генерации, после прохож дения нелинейного элемента снова вводится в ПГС с задержко:

порядка длительности импульса накачки. На втором проходе в резонаторе ПГС уже существует сильная сигнальная волна, поэтому сразу же начинается "нелинейный" (со значительным истощйнием накачки) этап взаимодействия. В результате удается совместить высокую эффективность преобразования с узким спектром и близкой к дифракционной расходимостью резонансной волны.

Экспериментально исследовалось два варианта схемы с автоин-жекцией - без усиления в канале возврата накачки и с использованием усилителя. В первом варианте внутренняя квантовая эффективность преобразования достигает 80%. Второй варнант привлекателен не только увеличением выходной энергии, но и тем, что за счет укорочения импульса накачки в двухпроходовом усчли -теле с 0ВФ-зеркалом можно генерировать более короткие и мощные импульсы с высокой степенью спектральной и пространственной когерентности и тем самым заметно увеличить спектрально- угловую яркость выходного излучения.

Проведена оптимизация пространственной структуры пучка накачки. В соответствии с выводами теории параметрического усиления и генерации ограниченных пучков целесообразно расширить пучок накачки в плоскости синхронизма и сжимать в перпендикулярном направлении для сохранения плотности мощности. Наилучшие результаты получены при использовании призменных телескопов, преобразующих аксиально - симметричный пучок накач -ки в эллиптический с эксцентриситетом -6 Во втором параграфе изложены результаты синхронной накачки ПГС цугом субнаносекун-дных импульсов. Известно, что такая накачка позволяет сочетать узкополосность и хорошую направленность с высокой эффективностью преобразования, то есть получать высокую спектральную яркость выходного излучения. Главное преимущество синхронной накачки - уменьшение лучевой нагрузки на нелинейный кристалл

при сохранении инкремента. Поскольку эффективность нелинейно го взаимодействия определяется плотностью мощности излучения, а порог лучевого пробоя - в большей степени - плотностью энергии (при переходе от мокоимпульсного режима к режиму синхронизации мод разрушающая плотность энергии уменьшается на 30%, а плотность мощности возрастает в 6-8 раз). Совмещение синхронной накачки с антоинжекцией сигнала позволяет получить перестройку п области до 3.8 мкм, где линейное поглощение резонансной волны достигает Ь0% за проход.

В третьем параграфе анализируются возможности эффективной генерации пятой гармоники неодимовых лазеров.

Интерес к пятой гармонике (длина волны Х-212-216 нм) существует давно, поскольку источники жесткого УФ излучения в этом диапазоне длин волн (эксимерные лазеры и генераторы высоких гармоник твердотельных лазеров) являются весьма перспективными для получения субмикронных (-0.3 мкм) структур. Одним из основных преимуществ источников на основе генерации гармоник является узкополосность (ширина спектра < 1 см"1), что позволяет использовать преломляющую проекционную оптику без коррекции хроматических аберраций. Особый интерес представляет пятая гармоника лазера на И АЛ: МсЗ (Х-216 нм), попадающая в максимум поглощения традиционного электронного резиста. - полиметилме-такрилата (ПММА) , что дает основания рассчитывать на получение на его основе чувствительных фоторезистов высокого разрешения.

До последнего времени для генерации пятой гармоники N6 ла -зеров приходилось использовать либо дорогие и труднодоступные кристаллы мочевины или ВВО (к тому же обладающие малой угловой шириной синхронизма, что делает невозможным эффективное преоб -разование излучения многомодовых лазеров), либо кристаллы КОР или АИР при отрицательных температурах, что Неудобно и техниче -

ски сложно. Поэтому весьма ионным можно считать осознание того, что для лазера на ИАЛ:Кс1, в отличие отИАГ:Нс1, из-за небольшого красного сдвига длины волны генерации пятая гармоника может быть получена синхронным сложением первой и четвертой гармоник в КБР при комнатной температуре. Это было отмечено в [4 ] и независимо в нашей работе [ 15], где кроме того получена зависимость спектральной границы существования синхронизма для этого процесса от температуры и показано, что при 60°С для Х=1 .0790 мкм имеет место 90-градусный синхронизм.

В результате проведенных анализа и экспериментов создан каскадный генератор пятой гармоники лазера на ИАЛ: N6, в котором используется дешевый и доступный кристалл КБР и получена квантовая эффективность сложения 5(и1-- 4<о1+ со! до 70% для одномодово-го лазера и до 50% для многомодового.

Четвертая глава диссертации посвящена применениям источников перестраиваемого излучения на основе созданных преобразователей .

В первом параграфе описывается автоматизированный оптико-акустический спектрометр для измерения малых поглощений в твердых телах. Импульсный оптико-акустический метод измерения малых поглощений является одним из самых чувствительных [ 5 ]. Его сущность заключается в том, что при поглощении излучения в веществе происходит нагрев и возникает импульс давления (за счет теплового расширения). Этот импульс принимается датчиком (обычно льезокерамическим), находящимся в акустическом контакте с исследуемым образцом. Чувствительность метода (минимально обнаружимый коэффициент поглощения) в предельном случае, когда шумы определяются тепловыми флуктуациями да пленил, обратно пропорциональна энергии греющего импульса. В качестве источника излучения используется ПГС с автоинжекцией

сигнала . В диссертации приводятся результаты измерения поглощения, связанного с ОН-группами в оптоволоконных заготовках из кварца и фторцирконатных стекол [4 6]. Получена чувствительность Ю^см"1, что соответствует детектированию ОН-групп на уровне 10"ь масс.%.

Второй параграф посвящен экспериментам по взаимодействию пятой гармоники лазера на НАЛ:Кс) с фоторезистами.

Одна из задач, стоящих перед современной микротехнологией, это получение рельефных структур с,размерами 0.3 мкм.

Лазерная УФ фотолитография, как известно, является одним из кандидатов на решение этой задачи наряду с рентген- и электронной литографией.

Среди источников лазерного излучения, пригодных для этой цели, в настоящее время можно выделить два класса - этоэксимер-ные лазеры и излучатели, основанные на генерации высоких гармоник твердотельных неодимовых лазеров.

Перспективностьиспользования генераторов гармоник связана со следующими обстоятельствами:

Выходное излучение легко может быть сделано достаточно узкополосным (ширина полосы <1 см"1) для использования преломляющей проекционной оптики без коррекции хроматических аберраций, что является проблемой в этом диапазоне длин волн.

Требуемые для фотолитографических процессов значения энергии УФ-излучения сравнительно легко достижимы при каскадном преобразовании частоты твердотельных лазерных систем с умеренными значениями мощности.

Особый интерес в этом плане представляет генератор пятой гармоники лазера на МАЛ:ЫсЗ, так как его длина волны (216 нм) попадает в максимум поглощения эфирных групп полиметилметакри-лата (ПММА)- традиционного электронного резиста, что дает ос-

нования рассчитывать на получение на его основе чувствительных фоторезистов высокого разрешения.

Проведено исследование процессов взаимодействия излучения пятой гармоники лазера на ИАЛ с ЫсЗ (X -216 нм) с полимерными пленками на основе ПММА. При этом рассматриваются как системы с жидкостным проявлением, так и полностью сухие процессы - изотермическое фототравление и лазерная абляция.

Разработана неразрушающая неэллипсометрическая методика определения оптических характеристик пленочных структур рези-стов на непрозрачной (кремниевой) подложке на длине волны действующего лазерного излучения, а также методика определения сенситометрических характеристик однослойных резистов для воздействия узкополосного излучения, учитывающая возникающие при засветке лазерным излучением интерференционные эффекты.

Обнаружена и исследована неустойчивость плоского фронта жидкостного поверхностного проявления резиста, облученного когерентным излучением.

Обнаружено 2 основных типа воздействия излучения 5-ой'гармоники N6 - лазера на пленки ПММА толщиной 0.5 мкм в зависимости от плотности энергии в импульсе.

1. При сравнительно низких плотностях энергии f наблюдается объемное травление: толщина стравленного слоя определяется общей дозой и слабо зависит от Г, процесс этот не является пороговым.

2. При сравнительно высоких плотностях энергии - пленка полностью удаляется с подложки. Пороговое значение для такого процесса с одного выстрела ^50-60 мДж/см2. Если производить облучение с меньшими энергиями в импульсе, то наблюдается эффект накопления, т.е. порог снижается, если предварительно пленка получает некоторую дозу облучения. Так, после предвари-

тельного облучения суммарной дозой 100 мДж/см2 порог снижается до f=20-30 мДж/см2. При действии излучения с f= 5-7 мДж/см2 абляция не наблюдается.

Эффект накопления можно связать с модификацией полимера, сопутствующей объемному травлению и приводящей к увеличению коэффициента поглощения на частоте воздействия.

При действии излучения четвертой гармоники на те же пленки порог удаления с одного иыстрела примерно в 2 раза выше, чем для пятой гармоники и эффект накопления отсутствует.

В Приложении описывается созданный автором многофункциональный аппаратно-программный комплекс в стандарте КАМАК для автоматизации лазерных экспериментов [И]. Работа по автоматизации оказалась достаточно наукоемкой, поскольку для адекватного использования вычислительной техники при проведении и обработке эксперимента необходимо не "автоматизировать" методики, применяемые при работе "вручную", а разрабатывать новые методики измерений, ориентированные на имеющиеся аппаратные и программные возможности. Комплекс был разработан на основе компьютеров семейства PDP-11 в операционных средах RT-11 (РА-ФОС) и TSX-11. Однако в связи с массовым распространением IBM PC-совместимых компьютеров, обладающих заметно большими возможностями, аппаратные и программные средства комплекса были адаптированы для IBM PC/AT с несколькими различными крейт-кон-троллерами. В настоящее время автоматизированная система используется на нескольких экспериментальных установках как с PDP-11, так и с IBM PC - совместимыми компьютерами.

Практически все описанные в диссертации эксперименты проводились в автоматизированном режиме.

В Заключении приведены основные результаты, полученные в диссертации.

1.Проведено исследование лучевой прочности кристаллом «-ШОз в иоле моноимлульсов и цугов субнаносекундных импульсов излучения первой и второй гармоник лазера на ИАЛ:Ыс)'" п широких пучках накачки. Показано, что эффект старения на ).-1 .08 мкм в широких пучках отсутствует.

Установлено, что разрушающая плотность энергии для цуга импульсов со скважностью 6-8 п среднем на 30% меньше, чем для моноимпульса, что не противоречит механизму пробоя за счет нагрева линейно-поглощающих включений.

2. Проведены экспериментальные исследования двухпроходовых усилителей на ИАГ и ИАЛ с ОВФ-ВРМВ зеркалом в режиме усиления моноимпульса и цуга субнаносекундных импульсов. Показана возможность обращения цуга импульсов на Х=1.06 мкм с хорошим качеством .

На основе проведенных исследований создан импульсно- периодический источник синхронной накачки для нелинейных преобразователей частоты с энергией 0.35 Дж п цуге из 10-15 импульсов длительностью 0.5-1 не с Фурье-ограниченной шириной спектра и расходимостью, близкой к дифракционной.

3.Экспериментально реализована схема ПГС с автоинжекцией сигнала. При накачке ПГС на кристалле иодата лития моноимпульсом с энергией 150 мДж и длительностью 20 не получен внутренний квантовый коэффициент преобразования до 80%. Показано, что при этом сохраняется узкополосность и направленность выходного излучения, что соответствует теоретическим представлениям .

4.Реализована стабильная работа ПГС с синхронной накачкой цугом импульсов в импульно-периодическом режиме с высоким ЧПД. Средний ресурс нелинейного элемента превышает 105 импульсон. На кристалле 1лЮз получена перестройка в диапазоне 2.3-3.8 мкм, квантов™ коэффициент преобразования в резонансную волну со-

ставляет 40%.

5. На основе высокоэффективного ПГС создан импульсный оптико-акустический спектрометр для измерения малого объемного поглощения в твердых телах. При прямой пьезоэлектрической регистрации акустического импульса получена чувствительность 10^4 см'1, что позволяет регистрировать концентрацию ОН-групп в материалах волоконной оптики до Ю"5 мае.%.

О. I'uuji и зона на высокоэффектииная генерация пятой гармоники как одномодового, так и многомодового лазера на ИАЛ:Nd при суммировании üwi- 4<i>]+toi в кристалле KDP при положительных температурах . Создана установка для исследования взаимодействия излучения пятой гармоники с фоторезистами. Разработана неразрушающая неэллипсометрическая методика определения толщины пленки и комплексных показателей преломления пленки и подложки на длине волны действующего лазерного излучения, а также методика определения сенситометрических характеристик однослойных резистов с учетом интерференционных эффектов.

7. Разработан и создан многофункциональный автоматизированный лазерный комплекс для проведения оптических измерений и для исследования взаимодействия излучения с веществом. Комплекс включает систему сбора и обработки информации на основе мини-эвм I.SI-11/23 и аппаратуры в стандарте КАМАК и оригинальное программное обеспечение. Модульное построение комплекса обеспечивает оперативную функциональную перестройку для проведения различных физических экспериментов.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 . Бабин A.A. , Фельдштейн Ф.й. , Фрейдман Г.И. Исследование двухпроходоного усилителя на ИАГ:Nd с ВРМБ-зеркалом //Тез. докл. IV Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", 1984, Ленин-

град.-С.206

2. Мощные перестраиваемые источники ИК диапазона на основе параметрических генераторов, параметрических и ВКР-преобразо-вателей / Бабин A.A. , Беляева H.H. , Беляев Ю.Н. и др. //Изв.АН СССР, сер. Физика.-1984.-Т.48.-No.8.-С.1511-1521

3. Бабин A.A., Фельдштейн Ф. И., ФрейдманГ.И. Параметрический генератор на кристалле LilOa с автоинжекцией сигнала, перестраиваемый до 3.2 мкм //Тез. докл. V Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" , 1987, Ленинград.-С. 110

4. Оптико-акустическая спектроскопия материалов волоконной оптики в диапазоне 2-3 мкм /Бабин A.A., Новиков В.П., Фельдштейн Ф.И. и др. //Высокочистые вещ.-1987.-Т.1.-No.4.-С.225-227

5. Оптико - акустическая спектроскопия материалов волоконной оптики с помощью ПГС на 1л10з /Бабин А. А. , Новиков В.П. , Фельдштейн Ф.И. и др. //Тез. докл. III Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации" Таллин, -1987 .-TII.-С. 122-124

6. Optoacoustic spectroscopy of fiber optic materials in the region 2-3 mem / Babin A. A . , Novikov V.P. , Feldshtein F.I. et al. // Abstr. V International Topical Meeting on Photoacoustic and Photothermal Phenomena, 1987, Heidelberg, FRG, WA19-1.2

7 . Мощные параметрические генераторы с узкой линией на кристалле иодата лктия. В сб. "Нелинейная оптика и оптоакустика атмосферы" /Бабин A.A., Каров A.B., Фельдштейн Ф.И. и др. //Томск,-1988.-С.88-91

8. Старение и лазерная прочность кристаллов a-Li Юз в широких пучках накачки /Бабин A.A., Беляева H.H., Фельдштейн Ф.И. и др.// Тез. докл. VII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом, 1988, Ленинград. - С. 98

9. Бабин A.A. , Каров A.B. , ФельдштейнФ.И. Автоматизм

ный спектрограф видимого и ближнего инфракрасного диапазона -ПТЭ. -.1989. -No.3.-С.160-161

10. Спектрометр для нелинейной спектроскопии молекулярных газов в ближнемИКдиапазоне/Бабин А. А. , Каров А. В. , Фельдштейн Ф.И. и др. //Тез. докл. IX симпозиума по спектроскопии высокого разрешения, 1989, Томск.-С.113

11 . Многофункциональный автоматизированный лазерный комплекс / Бабин A.A., Карон A.B., Фельдштейн Ф.И. и др . - Горький, 1989. 36 с. (Препринт ИПФ АН СССР № 233).

12. Бабин A.A. , Фельдштейн Ф.И. , ФрейдманГ.И. Двухпроходо-вый усилитель цуга субнаносекундных импульсов с ВРМБ- зеркалом //Кв. электроника. -1989.-Т.16.-No.10.-С.2025-2027

13 . Бабин A.A., Фельдштейн Ф. И. , Фрейдман Г. И . Двухпроходо-вый усилитель цуга субнаносекундных импульсов с ВРМБ-зерка-лом//Тез. докл. VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", Ленинград.-1990.-С.302

14. Бабин А. А. , Фельдштейн Ф .И. , ФрейдманГ.И. Параметрический генератор света с накачкой цугом субнаносекундных импуль-сон//Тез. докл. VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", Ленинград.-1990.- С.301

15. Бабин A.A., Фельдштейн Ф.И., Яковлев И.В. Генерация пятой гармоники лазера на ИАЛ :Nd bKDP при комнатной температуре //Письма вЖТФ,-1990.-Т.16.-No.11.-С.38-40

16. Особенности фототравления полимерных пленок (ПММА) излучением пятой гармоники неодимового лазера /Бабин A.A., Битю-рин Н. М., Фельдштейн Ф.И. и др. //Тез. докл. VIII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом, 1990, Ленинград.-Т.2.-С.105

17 . Воздействие излучения пятой гармоникинеодимовоголазе-

pa на полимерные пленки /Бабин Л. А., Битюрин Н. М., Поляков А. В. и др. //Тез. докл. XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике, 1991, Ленинград. -Т.2. -С. 120

18. Photoetchingof polymer films (PMMA) byNd laser harmonic radiation /Babin A.A., Bityurin N.M. , Polyakov A.V. и др. //Abstr. XV International conference on physical chemistry, 1 П01 , Paris. -P.S34

19 . ND Laser Ki fth Harnioni с Interacti on with Polymer Films / Rabin A.A. , Bityurin N.M. , Polyakov A.V. и др. -Горький, 1992.-16 c. (Препринт ИПФ АН СССР № 313).

20. PMMA film etching and ablation by Nd laser fifth harmonic radiation /Babin A.A., Bityurin N.M., Polyakov A.V. и др. //Abstr. of International conference 'Advanced Laser Technology-92'.-1992.-Vol.3. -P.62

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Старение монокристаллов Li Юз при лазерном облучении /Беляева Н.Н., Бредихин В. И., Рубаха В.И. и др.//ЖЭТФ.-1982.-Т.83,-No.3(9).-С.1065-1071

2. Зубарев И.Г., Миронов А.Б., Михайлов С.И. Одномодовая система импульсно-периодического действия с обращением волнового фронта //Кв. электроника.-1980.-Т.7.-No.9.- С.2035-2037

3. Беспалов В.И., Пасманик Г.А. 0 вынужденном рассеянии сверхкоротких импульсов света //Изв.ВУЗ,сер. Радиофизика.-1970.-Т.13. -No.1.-С.148-150

4. Гараянц Н.П., Петросян К.Б., Похсрарян К.М. Генерация пятой гармоники излучения пикосекундного лазера на УАЮз :Nd3+ в кристалле KDP//Изв АН Арм.ССР, сер. физ.-1988.-Т.23.-No.2. -

109-111

5. Сверхчувствительная лазерная спектроскопия. Под ред. Ц.Клайджера- М. : Мир, 1986., 440 с.

Содержание диссертации

. Введение .....................4

Глава 1. Исследование лучевой стойкости кристаллов иодата лития в широких пучках . ......■......14

1.1. Описание установки и методики эксперимента . . . 16

1.2. Результаты экспериментов ...........21

1.3. Обсуждение результатов ............25

1.4. Выводы....................27

Глава 2. Источник накачки для нелинейных

преобразователей ....... . . .'........28

2.1. Исследование импульсно-периодического двухпроходового усилителя с ОВФ-ВРМБ зеркалом в моноимпульсном режиме •................31

2.2. Исследование импульсно-периодического двухпроходового усилителя с ОВФ-ВРМБ зеркалом в режиме усиления цуга импульсов................30

2.3. Выводы....................43

Глава 3. Высокоэффективные нелинейнооптические

преобразователи частоты излучения...........44

3.1. Параметрический генератор света с автоинжекцией

сигнала ....................... 47

3.-2. Г1ГС с синхронной накачкой цугом субнаносекундных импульсов ...................... 50

3.3. Оптимизация генерации пятой гармоники неодимовых лазеров ........................ 58

3.4. Выводы....................64

Глава 4. Применение преобразователей в физических

исследованиях .............. ...... 65

4.1. Оптико-акустический спектрометр для измерения малых поглощений в твердых телах.............65

4.2. Исследование процессов фототравления резистов

злучснием пятой гармоники ..............70

4.3. Выводы....................02

ПРИЛОЖЕНИЕ. Многофункциональный автоматизированный

азерный комплекс ................. 83

П. 1. Структура комплекса............. 83

П. 2. Система сбора информации и управления

кспериментом .................... 86

П.З. Программное обеспечение комплекса .......96

П.4. Выводы...................101

Заключение...................102

Литература...................104