Huang Y. Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва. Neely D. Исследование эффективности генерации второй гармоники аппарат узи стационарный купить двух типах взаимодействия и оптимизация параметров лазерного излучения. Физика конденсированного состояния. Глава 2.
Разгрузка резонатора посредством генерации второй гармоники
Лебедева Российской академии наук. Работа выполнена в Лаборатории воздействия лазерного излучения Отдела лазерного термоядерного синтеза Отделения квантовой радиофизики им. Басова Федерального государственного бюджетного учреждения науки Физического института им. Защита состоится 15 июня г. На сегодняшний день проводящиеся в ведущих мировых лазерных центрах исследования по взаимодействию лазерного излучения с веществом практически не обходятся без использования излучения оптических гармоник основной частоты, полученных с применением нелинейных кристаллов. Это связано с целым рядом положительных факторов, причём излучение гармоник используется как для воздействия на исследуемую мишень исследуемое вещество в качестве греющего излучения, так и в диагностических целях [].
В исследованиях по взаимодействию лазерного излучения с веществом традиционно используется одномодовое высококогерентное излучение с пространственно-временной селекцией , имеющее однородное распределение в поперечном сечении пучка, форма которого в продольном сечении остаётся практически неизменной за всё время импульса [12]. Для мощных лазерных установок килоджоульного уровня энергии и выше практическая реализация подобного излучения является трудновыполнимой задачей.
Её решение, как правило, сопровождается значительным падением выходной энергии лазера [13, 14]. Одной из наиболее важных и нерешённых задач в направлении ЛТС является обеспечение однородности облучения термоядерной мишени, для чего на сегодняшний день используется принцип воздействия на мишень большим числом пучков с высококогерентным излучением. Лазеры, работающие в многомодовом режиме, не смотря на потери в пространственной и временной когерентности излучения, также имеют свои преимущества [15]. При особой конструкции многомодового лазера появляется возможность управления когерентностью лазерных пучков, используемых в экспериментах по ЛТС, без нарушения согласования системы лазер-мишень, а также возможность управления распределением интенсивности лазерного излучения в фокусе объектива и подавления мелкомасштабной самофокусировки без применения пространственной фильтрации [15].
В Отделе ЛТС ОКРФ ФИАН в году по таким принципам был сконструирован и собран многомодовый лазер на неодимовом стекле, излучение которого обладает большим числом поперечных мод и широким спектром, на основе которого была создана установка «Канал-2» [15]. Основная концепция использования подобного излучения связана с возможностью значительного улучшения однородности облучения мишеней в направлении ЛТС, без использования. На установке «Канал-2» используется метод трансляции и передачи излучения на мишень, вследствие чего исходящее из генератора излучение и мишень становятся взаимосвязаны. То есть, в зависимости от размеров мишени, для согласования с диаметром пятна фокусировки, можно изменять исходное излучение ещё в самом генераторе, а также на всём оптическом пути излучения.
Номинальные значения основных параметров излучения лазера установки «Канал-2» следующие: длина волны - 1. Однако многомодовое излучение с низкой степенью временной и пространственной когерентности большая угловая и спектральная ширина преобразуется в оптические гармоники значительно менее эффективно, по сравнению с высококогерентным излучением []. Поскольку при генерации третьей и более высших гармоник предъявляемые к параметрам излучения требования по когерентности значительно более жёсткие, чем при генерации второй гармоники ГВГ [16], разумно рассматривать преобразование многомодового излучения с низкой пространственной и временной когерентностью только во вторую оптическую гармонику. На заре развития нелинейной оптики, связанного с ГВГ, в основном использовалось излучение лазеров, которые работали в многомодовом режиме большое число поперечных и продольных мод , а применяемые тогда кристаллы не обладали достаточными нелинейными характеристиками для эффективного протекания процесса, вследствие чего эффективность преобразования была очень низкой.
Успехи в создании лазерных источников с высоким качеством излучения одночастотных и одномодовых снизили интерес к экспериментальному и теоретическому исследованию процесса ГВГ многомодового излучения [16, 17, ], а генерация высших гармоник излучения подобного класса лазеров, как в нашем случае, практически не исследовалась. Тем не менее, использование высокоэнергетических лазеров, работающих в многомодовом режиме, делает актуальным изучение особенностей и предельных возможностей ГВГ в условиях, когда ширина спектра излучения сопоставима со спектральной шириной синхронизма в нелинейном кристалле, а расходимость излучения превышает угловую ширину синхронизма.
С точки зрения создания эффективного многомодового по пространству и времени лазера на неодимовом стекле с итоговым излучением на удвоенной частоте возникает вопрос о возможности компенсации заведомо ожидаемого низкоэффективного процесса ГВГ значительно более высоким уровнем выходной энергии лазера на основной частоте, по сравнению с маломощными одномодо-вьми лазерами, излучение которых преобразуется во вторую гармонику с большей эффективностью. Также значительный интерес представляет собой вопрос о возможности корректного применения второй гармоники исходного частично-когерентного излучения многомодового лазера на неодимовом стекле для оптической диагностики лазерной плазмы, где необходимо получение качественных интерферограмм.
Таким образом, к настоящему времени в исследованиях взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом имеется целый ряд нерешённых практически интересных задач, связанных с применением многомодового по пространству и времени излучения с низкой степенью пространственной и временной когерентности и требующих выявления закономерностей взаимодействия такого излучения с веществом. Данные аспекты подчёркивают актуальность исследований по выбранной теме. Основной целью работы являлось исследование процесса преобразования мощного многомодового по пространству и времени излучения лазера на неодимовом стекле, с управляемой когерентностью излучения, во вторую гармонику в нелинейных кристаллах.
Важно было определить оптимальные условия эксперимента по ГВГ для достижения максимальной выходной энергии на частоте второй гармоники, с дальнейшей целью её применения в экспериментах по взаимодействию лазерного излучения с веществом. Для сравнения с экспериментальными результатами необходимо было провести соответствующие теоретические расчёты в рамках наиболее подходящего приближения из существующих по процессу ГВГ. Поскольку многомодовое по пространству и времени излучение на основной частоте является низкокогерентным, следовало изучить когерентные свойства преобразованного излучения второй гармоники.
Исследование интерференционных свойств излучения полученной второй гармоники позволило бы ответить на вопрос о корректности её применения в оптических методах диагностики лазерной плазмы в качестве зондирующего излучения. Выбрать наиболее оптимальный суммарно по всем свойствам и параметрам нелинейный кристалл преобразователь для начальной серии экспериментов. Провести серию экспериментов по ГВГ многомодового излучения с реализацией взаимодействий оее и оое, при разных значениях основных параметров преобразуемого излучения и разной длине кристаллов.
Исследовать поведение эффективности преобразования от изменения плотности мощности излучения, и из этой зависимости найти как максимум преобразования на всей кривой, так и значение плотности мощности, при котором получается максимальная энергия второй гармоники. Провести теоретические расчёты в рамках наиболее подходящего из существующих приближений по процессу ГВГ и сравнить с экспериментальными результатами. Изучить интерференционные свойства полученной второй гармоники и возможность её корректного применения в качестве зондирующего излучения в оптических методах диагностики лазерной плазмы.
Впервые проведено конкретное и детальное экспериментальное исследование процесса преобразования во вторую гармонику в кристаллах КБР многомодового по пространству и времени излучения большая угловая и спектральная ширина мощного наносекундного лазера на неодимовом стекле. Эксперименты по ГВГ проведены при разных значениях основных параметров преобразуемого излучения в кристаллах КОР разных длин при реализации взаимодействий оое и оее. Найдены оптимальные значения основных параметров излучения с большой угловой и спектральной шириной на основной частоте, при которых достигается максимальная выходная энергия на частоте второй гармоники без применения традиционных методов для повышения эффективности ГВГ.
При прочих одинаковых условиях эксперимента максимум энергии второй гармоники достигается при наибольшем числе поперечных мод в основном излучении, когда оно сильно деполяризовано и применяется коллимация излучения, вследствие чего. Проведены теоретические расчёты по ГВГ для мощного многомодового по пространству и времени излучения в рамках приближения нелинейного режима генерации, наиболее подходящего из существующих приближений.
Из расчётов видно, что приближение нелинейного режима генерации применимо для сравнения с экспериментальными результатами в первом приближении, однако в дальнейшем необходимо решать точную задачу по ГВГ, с учётом всех особенностей подобного мощного многомодового излучения. Исследованы интерференционные свойства полученной второй гармоники излучения с управляемой когерентностью. Экспериментально установлено, что при преобразовании излучения с управляемой когерентностью в кристалле КБР, полученное излучение второй гармоники обладает достаточными когерентными свойствами для его корректного применения в оптических методах диагностики лазерной плазмы. Результаты данной работы помогут частично восполнить имеющиеся пробелы в направлении ГВГ, связанные с преобразованием излучения мощных ши-рокоапертурных наносекундных лазеров с большим числом поперечных мод и широким спектром во вторую гармонику в нелинейных кристаллах.
Применение многомодового по пространству и времени лазерного излучения с управляемой когерентностью в экспериментах по взаимодействию мощного лазерного излучения с веществом, связано с возможностью повышения однородности облучения мишени и упрощения всей оптической схемы эксперимента, что к тому же приводит к понижению стоимости выходной единицы лазерной энергии. Применение второй гармоники в оптических методах диагностики лазерной плазмы в качестве зондирующего излучения позволяет значительно упростить задачу синхронизации греющего и зондирующего излучений, сведя её к простому согласованию оптических путей обоих излучений.
Также, создание плазмы излучением второй гармоники позволяет изолировать лазерные каскады от мишени, и тем самым предотвращать разрушение оптических элементов. Излучение с управляемой когерентностью большой угловой и спектральной шириной эффективно преобразуется во вторую гармонику. При реализации взаимодействия оее увеличение длины кристалла приводит к уширению углового распределения второй гармоники излучения с управляемой когерентностью.
При отстройке кристалла от направления синхронизма ширина угловой зависимости эффективности преобразования для излучения с управляемой когерентностью больше соответствующего классического значения. Основные результаты работ докладывались на разных семинарах ФИАН, 8 международных и 1 внутрироссийской конференциях, а также были опубликованы в 3 статьях, в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ, а также в трудах 9 конференций. Список всех публикаций по теме диссертации приведён в конце автореферата. Достоверность полученных результатов по ГВГ подтверждается поведением эффективности преобразования при изменении основных параметров преобразуемого излучения в соответствии и сопоставлении с результатами многих.
Достоверность проведённых измерений подтверждается использованием высокоточных откалибро-ванных отечественных и иностранных измерительных и регистрирующих приборов, многократно применённых в различных экспериментах по взаимодействию мощного лазерного излучения с веществом. Достоверность результатов по исследованию интерференционных свойств излучения полученной второй гармоники подтверждается их соответствием теории интерференции волн. А именно, спад видности интерференционной картины от максимального значения до нулевого, из-за разницы оптического хода между интерферирующими лучами, соответствовал выбранной толщине прокладки, создающей воздушный зазор в схеме интерференции с двумя клиньями. Личный вклад соискателя состоит в разработке и создании экспериментальной установки по исследованию ГВГ мощного многомодового лазерного излучения, а также в проведении экспериментов, получении и интерпретации приоритетных экспериментальных результатов.
Теоретические расчёты по ГВГ в приближении нелинейного режима генерации были проведены лично соискателем под наблюдением и при участии Дмитриева Валентина Георгиевича в качестве научного консультанта. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Первая глава посвящена обзору литературы, экспериментальных и теоретических работ по ГВГ. Во второй и третьей главах представлены результаты ГВГ многомодового излучения при реализации взаимодействий оее и оое, соответственно.
В начале второй главы также описана экспериментальная установка по ГВГ. Четвёртая глава содержит результаты исследований интерференционных свойств излучения полученной второй гармоники с целью её дальнейшего применения в экспериментах по взаимодействию лазерного излучения с веществом. Общий объём работы составляет страницы, включая 48 рисунков и 3 таблицы. Список литературы содержит наименований.
Во Введении обосновывается актуальность темы исследований, изложены цель работы, научная новизна и научно-практическая ценность работы, отмечены достоверность результатов и личный вклад соискателя. Также во Введении представлены выносимые на защиту положения, сведения об апробации работы и публикациях, структура и объём диссертации. Глава 1 «Введение и обзор литературы по генерации второй гармоники ГВГ » посвящена обзору литературы, экспериментальных и теоретических работ по ГВГ. Детально изучено множество отечественных и зарубежных работ по ГВГ излучения неодимовых лазеров. В разделе 1. Перечислены наиболее часто используемые нелинейные кристаллы для процесса ГВГ, обоснован выбор кристалла КОР для преобразования во вторую гармонику излучения с большой угловой и спектральной шириной мощного неодимового лазера с управляемой когерентностью.
В качестве преобразователей были выбраны кристаллы КБР, как из-за своих нелинейных свойств, так и за возможность выращивания качественных кристаллов с апертурой в десятки сантиметров, что очень важно в экспериментах по взаимодействию излучения мощных широкоапертурных лазеров с различными веществами, а также достаточно низкой цены за кубический сантиметр, по сравнению с другими кристаллами. В разделах 1. Краткие Выводы к первой главе представлены в разделе 1. Раздел 2. Описаны положительные факторы использования излучения с большой угловой и спектральной шириной в экспериментах по взаимодействию мощного лазерного излучения с различными веществами. Представлена схема экспериментов по. ГВГ, приведены пространственные, угловые, временные и спектральные характеристики многомодового излучения.
Представлен расчёт номинального числа поперечных мод излучения используемого в экспериментах резонатора, которое составило значение « Отметим, что конструкция отдельно резонатора и всего лазера позволяет независимо изменять число поперечных мод, а также ширину спектра. Использование магнитооптического затвора Фарадея, а также системы из последовательных высокопрочных плёночных поляризаторов позволяет понижать степень деполяризации излучения, доводя её до нескольких процентов от общей энергии, правда, при этом сильно нарушается однородность пространственного распределения интенсивности излучения в поперечном сечении пучка.
В экспериментальной схеме была предусмотрена возможность использования коллиматора телескопа , который состоял из положительной длиннофокусной и отрицательной короткофокусной сферических линз, установленных таким образом, что их фокусы совпадают. Таким образом, получаем на выходе такой же пучок, какой и был плоскопараллельный расходящийся , только с большей расходимостью. Во сколько раз отличаются фокусы, во столько же раз уменьшается диаметр пучка и увеличивается направленность излучения.
Коллимация пучка позволяла исследовать процесс ГВГ для разных значений расходимости излучения при одном и том же числе поперечных мод, и наоборот, а также повысить плотность мощности излучения на нелинейном кристалле. В разделе также перечислены используемые в экспериментах измерительные приборы, оптические элементы и нелинейные кристаллы КОР. Приведено краткое описание специально собранного автором диссертации котировочного частотного лазера для первоначальной грубой настройки на направление синхронизма. Изложены использованные методы исследования пространственных, угловых и спектральных свойств излучения второй гармоники, а также излучения основной частоты, прошедшего через кристалл КОР.
В разделе 2. Значения параметров и характеристик основного излучения и нелинейных кристаллов для соответствующей длины кристалла , при которых проводились эксперименты по ГВГ с реализацией взаимодействия оее, приведены в Таблице 1. Для случая двухкристальной схемы ГВГ через запятую приведены зна-. В экспериментах использовались кристаллы, вырезанные для нормального падения основного излучения. Значения основных характеристик кристалла КОР для взаимодействия оее при комнатной температуре, длине кристалла 1 см и длины волны излучения 1. Пространственное распределение интенсивности деполяризованного излучения было однородным, однако в левой части пучка наблюдался небольшой спад, а по краям пучка были видны возникающие из-за применения ограничивающей диафрагмы дифракционные полосы см.
Рисунок 1. Ближняя зона основного излучения с профилями интенсивности излучения по горизонтали и вертикали. На графиках профилей интенсивности излучения по оси абсцисс отложены относительные величины в пикселях, сопоставляемые с пространственными размерами пучка, а по оси ординат - интенсивность излучения в относительных единицах - градации серого. Представленные в разделе 2.
Вы точно человек?
Неодимовые лазеры широко распространены, давно и успешно применяются. Неодимовый лазер является «антиподом» эрбиевого лазера ER:YAG нм — если излучение эрбиевого лазера хорошо поглощается водой, и проникает в ткани на несколько микрон, то излучение ND:YAG нм очень слабо поглощается биологическими тканями и, соответственно, способно проникнуть на большую глубину. Глубина эффективного проникновения также зависит от диаметра луча лазера. Строго говоря, есть еще несколько более «глубокий» лазер — ND:YAG с другой длиной волны — нм, но он значительно менее распространен, да и преимущество в глубине проникновения у него не столь значительное. Неодимовые лазеры, несмотря на «общее название», отличаются друг от друга, что достаточно часто ограничивает возможности их медицинского применения. Слова «короткоимпульсный» и «длинноимпульсный» взяты в кавычки, так как они носят изначально сравнительный характер.
Импульсный неодимовый лазер в комплекте с генератором 2-й, 3-й и 4-й гармоник QuantaRay PRO 290-10E
Лебедева Российской академии наук. Работа выполнена в Лаборатории воздействия лазерного излучения Отдела лазерного термоядерного синтеза Отделения квантовой радиофизики им. Басова Федерального государственного бюджетного учреждения науки Физического института им. Защита состоится 15 июня г. На сегодняшний день проводящиеся в ведущих мировых лазерных центрах исследования по взаимодействию лазерного излучения с веществом практически не обходятся без использования излучения оптических гармоник основной частоты, полученных с применением нелинейных кристаллов. Это связано с целым рядом положительных факторов, причём излучение гармоник используется как для воздействия на исследуемую мишень исследуемое вещество в качестве греющего излучения, так и в диагностических целях []. В исследованиях по взаимодействию лазерного излучения с веществом традиционно используется одномодовое высококогерентное излучение с пространственно-временной селекцией , имеющее однородное распределение в поперечном сечении пучка, форма которого в продольном сечении остаётся практически неизменной за всё время импульса [12].
Написать комментарий