Імпульсно-періодичні джерела потужного випромінювання субмікронного діапазону

Для спектрально-селективного резонатора лазера були визначені вимоги, які пред'являються до основних параметрів ІФП, таких як область вільної дисперсії _rang і спектральна ширина пропускання за рівнем 0,5 від максимуму _0,5, що забезпечують задані спектрально-енергетичні характеристики випромінювання ЛБ із ЛН. Показано, що ширина спектральної лінії випромінювання лазера _г задовільно узгоджується із обчисленнями за наближеними формулами, якщо рівень накачки помітно перевищує поріг генерації.

Розрахунки показали також, що фізичні процеси, які протікають у збудженому стані активних молекул, при наявності неоднорідного розподілу перерізів поглинання можуть істотно впливати не лише на спектральні, але й на часові параметри випромінювання лазерів на барвниках із ламповою накачкою.

Описана еволюція СЕХ лазерного імпульсу обумовлена тим, що спочатку довгохвильова складова має більш сприятливі умови для генерації, ніж короткохвильова, оскільки зі зростанням довжини хвилі поглинання із основного стана в цьому спектральному діапазоні зменшується. Згодом, у міру накопичення молекул на триплетному рівні, усе більший вплив на генерацію має триплет-триплетне поглинання, яке у даній спектральній області із збільшенням довжини хвилі зростає.

Експериментальні результати, що були отримані нами зі спектральними селекторами кількох типів, у цілому задовільно узгоджуються з розрахунком. Зокрема, виявилося, що СЕХ лазера визначаються параметрами селекторів і барвників, коефіцієнтом відбиття дзеркал резонатора, рівнем накачки, тощо. Наприклад, якщо _dyerang, смуга лінії випромінювання _г у першу чергу залежить від _0,5, а при _dye>>_rang - від параметра _dye.

Розробка лазерів на барвниках із перестроюванням частоти випромінювання зажадала вибору компромісних рішень, що визначаються призначенням та областю застосування цих систем. У ході експериментальних іспитів було встановлено, що серед досліджених спектральних селекторів найбільше підхожими для потужних ЛБ із ЛН виявилися два типи, виконані на базі ІФП та інтерференційно-поляризаційного фільтра (ІПФ). Селектор типу ІФП зручний в експлуатації, але має порівняно великі втрати і нелінійну характеристику перестроювання, а ІПФ позбавлений цих недоліків, проте має обмежену область вільної дисперсії, яка визначається мінімальною товщиною кварцових пластин та їхньою механічною міцністю. У той же час дифракційні решітки мали низьку променеву стійкість, а дисперсійні призми були незручними в експлуатації, коли необхідно було перестроюватися в широкій області спектра.

Дослідження, які були проведені зі стандартними розчинами, показали також, що асортимент фотостійких і ефективних барвників не дозволяє перекрити видимий діапазон спектра безперервно через обмежену область вільної дисперсії ІФП і ІПФ, а це ускладнює вирішення ряду прикладних задач. Наприклад, у медико-біологічних експериментах і для лікування деяких захворювань людини потрібні джерела, які можуть перестроюватися в області спектра _г=630670 нм. При розробці таких джерел ми проводили пошук підхожих донорно-акцепторних пар барвників, які могли забезпечувати перестроювання в заданій області спектра, оскільки синтез нових органічних сполук не входив до переліку завдань даної роботи.

Для зазначеної області спектра була знайдена пара ефективних барвників - донор LD-1 і акцептор оксазин-17, а перестроювання частоти випромінювання здійснювалося шляхом зміни співвідношення їхніх концентрацій у розчині. Це дозволило переміщувати середню довжину хвилі в неселективному резонаторі від 625 нм (для чистого LD-1) до 665 нм (для чистого оксазина-17), а в селективному резонаторі - у діапазоні 610680 нм.

Підхожі пари барвників існують і в інших ділянках спектра. Наприклад, пара родамін 6Ж (донор) і LD-1 (акцептор) може бути використана для плавного перестроювання довжини хвилі випромінювання у діапазоні 570630 нм.

Крім розширення діапазону перестроювання, суміші барвників можуть застосовуватися також і для підвищення ефективності генерації. Це представляє особливий інтерес у довгохвильовій області субмікронного діапазону, для якої спектральні характеристики барвників звичайно погано узгоджуються з максимумом випромінювання імпульсних ламп при РМТ. Наші дослідження показали, що енергія випромінювання лазера на барвниках ЛК-678 та ЛК-747 у довгохвильовій області спектра значно зростала при додаванні в якості донора родаміна 6Ж, який відігравав тут роль спектрального трансформатора.

Отримані результати дозволили розробити і створити І-П ЛБ із ламповою накачкою серії “Промінь-2”, які працюють на змінних розчинах кількох ефективних барвників.

Неперервне перестроювання довжини хвилі генерації цих лазерів здійснювалася в межах області вільної дисперсії ІПФ, яку можна були змінювати в діапазоні 450720 нм шляхом заміни активного середовища. Вищезгадані лазери забезпечували спектральну ширину лінії випромінювання 0,010,1 нм при кутовому розходженні менше 5 мрад, тривалості імпульсів 12 мкс та частоті 0,110 Гц. Номінальна середня потужність їхнього випромінювання складала 0,252 Вт, а у форсованому режимі досягала 5 Вт і більше при ККД 1%.

У розділі 4 були також експериментально вивчені особливості генерації неперервного випромінювання потужними іонними аргоновими лазерами, створеними на базі секційної розрядної трубки, та визначені оптимальні режими їх роботи. Це дозволило досягти високого рівня потужності випромінювання цих лазерів 40 Вт і успішно застосувати ці системи для збудження потужних неперервних лазерів на барвниках, випромінювання яких можна було плавно перестроювати за допомогою спектрального селектора типу ІПФ у діапазоні 570630 нм при різних температурах спиртових розчинів барвників.

Розділ 5 присвячений вивченню особливостей генерації другої гармоніки випромінюванням І-П ЛБ із ЛН з перестроюванням частоти та основних фізичних процесів, які істотно впливають на цей процес.

Спочатку були зроблені оцінки припустимого променевого навантаження нелінійних кристалів і проведений спрощений аналіз умов ГДГ. З цього аналізу випливало, що при мікросекундних тривалостях імпульсів одним із найбільш ймовірних механізмів ушкодження цих кристалів при імпульсах мікросекундної тривалості є поглинання випромінювання ЛБ із ЛН центрами домішок і дислокацій. Показано, що поріг ушкодження при таких умовах визначається густиною енергії, причому для кристалів KDP ця величина виявилася мінімальною поблизу короткохвильової межі синхронізму, коли оптична вісь була перпендикулярна напрямку поширення лазерного випромінювання. Однієї з причин цього є анізотропія прозорості даних кристалів, а іншою - збільшення розсіювання світла на дефектах у короткохвильовій області спектра.

Числові оцінки показали, що припустима густина потужності випромінювання ЛБ із ламповою накачкою виявилася на порядок меншою, ніж при наносекундних тривалостях імпульсів, які типові для ЛБ із когерентною накачкою. Тому для досягнення прийнятної ефективності генерації другої гармоніки при імпульсах випромінювання мікросекундної тривалості необхідно використовувати нелінійно-оптичні кристали великої довжини , що спричиняє жорсткість вимог як до кутового розходження, так і до спектральної ширини лінії випромінювання лазерів на барвниках. До того ж, ці вимоги помітно відрізняються усередині типової смуги перестроювання випромінювання ЛБ із ЛН.

Основні висновки аналізу якісно узгоджуються з результатами експериментів, у яких використовувався набір кристалів KDP різної довжини (=20, 40 та 80 мм), але вирізаних під однаковим кутом 64 до оптичної осі. У якості оптичної системи узгодження використовувалися сферичні і циліндричні лінзи з фокусними відстанями в межах 112350 мм.

Дослідження показали, що ефективність ГДГ при оптимальному узгодженні, коли відстань між лінзою і центром кристала дещо перевищувала фокусну відстань, виявилася помітно вищою, аніж при фокусуванню випромінювання в центр цього кристала. Вплив фокусної відстані лінзи найбільше помітний у випадку коротких кристалів. При цьому граничні ефективності перетворення частоти, які були отримані з кристалами довжиною 40 мм і 80 мм, виявилися практично однаковими. З кристалом довжиною 20 мм, очевидно, можна було б очікувати подібного ж результату, якби при більш високій густині потужності, тобто при використанні короткофокусних лінз, він не руйнувався.

Описані результати узгоджуються з уявленнями про те, що збільшення довжини анізотропного кристала призводить до збільшення впливу діафрагменного апертурного ефекту (ДАЕ). У табл. 3 приведено оптимальні величини для параметра фокусування _опт та функції h_опт, яка враховує ДАЕ, обчислені для досліджених нами кристалів KDP при кутовому розходженні випромінювання =5,7 мрад. Видно, що ефективність генерації другої гармоніки, яка прямо пропорційна добутку і h_опт, тут слабко залежить від .

Нами були проведені комплексні дослідження ГДГ для уточнення вимог, що пред'являються до ширини спектральної лінії, кутового розходження випромінювання і точності настроювання основних оптичних елементів системи в різних ділянках діапазону перестроювання І-П ЛБ із ЛН.

Таблиця 3

Оптимальна фокусна відстань лінзи F_опт визначається формулою

, (15)

де n - показник заломлення кристала; d - діаметр лазерного променя.

Експериментальна установка була зібрана на базі І-П ЛБ із ЛН серії “Промінь-2”, для фокусування випромінювання якого використовувалися сферичні та циліндричні лінзи, а кристали KDP розміщалися поза резонатором на платформі, що юстирується з точністю ~0,10 мрад. Як активне середовище використовувалися етанольні розчини барвників G-283, родамін 6Ж, оксазин-17, ЛК-678, ЛК-747, які забезпечували плавне перестроювання частоти випромінювання в околицях центральної довжини хвилі 525, 590, 655, 676 і 713 нм, відповідно. У цих ділянках спектра використовувалися кристали KDP, що були вирізані під кутом 90 та 64 (у двох перших) і під кутом 54 до оптичної осі (в інших), відповідно.

Дослідження показали, що кутовий та хвильовий параметри розстроювання виявилися в кілька разів більшими, ніж це припускається в кристалах KDP для виконання умов синхронізму, але при цьому вони слабко залежали від довжини цих кристалів. Найбільше критичною до настроювання виявилася система, у якій використовувалася циліндрична лінза: для неї параметр кутового розстроювання був навіть меншим за кутове розходження випромінювання лазерів на барвниках із ламповою накачкою. У випадку сферичних лінз вимоги до точності настроювання монотонно зростають при збільшенні фокусної відстані.

Результати, що були отримані при умовах, близьких до “критичного” синхронізму в кристалах KDP (518 нм, 90), показали, що ширина кутового розстроювання тут виявилася приблизно в два рази більшою, ніж в інших ділянках спектра, а ширина хвильового розстроювання не перевищувала 0,1 нм. При цьому ефективність ГДГ тут була вищою, а поріг руйнування кристалів нижчим, аніж для інших областей спектра, приблизно в 1,52 рази.

Проведені дослідження дозволили створити імпульсно-періодичне джерело випромінювання, яке може перестроюватися в діапазоні 260360 нм УФ області спектра.

ВИСНОВКИ

У даній роботі проведені комплексні теоретичні та експериментальні дослідження нестаціонарних фізичних процесів мікросекундної тривалості, що протікають в основних елементах лазерів на барвниках із ламповою накачкою та в системах на їх основі, які були виконані з метою створення ефективних імпульсно-періодичних джерел потужного випромінювання з перестроюванням частоти у субмікронному діапазоні спектра.

Основні результати роботи такі:

1. Досліджено вплив основних фізичних процесів на формування мікросекундних імпульсів випромінювання імпульсно-періодичних лазерів на барвниках із ламповою накачкою та знайдені оптимальні умови, що забезпечують задані спектрально-енергетичні характеристики їх випромінювання.

ь Встановлено, що нестаціонарні процеси, які відбуваються у збудженому стані активних молекул барвників за участю внутрішньої та інтеркомбінаційної конверсій, за умови неоднорідного спектрального розподілу перерізів поглинання і випромінювання призводять до зміни спектральних та часових характеристик мікросекундних імпульсів випромінювання лазерів із ламповою накачкою.

ь Визначені оптимальні типи спектральних селекторів, які одночасно забезпечують задані спектральні і високі енергетичні характеристики випромінювання та мають високу променеву стійкість, знайдені типи барвників та підібрані відповідні донорно-акцепторні пари органічних сполук, що забезпечило неперервне перестроювання довжини хвилі випромінювання цих лазерів у видимому діапазоні спектра із спектральною шириною лінії 0,10,01 нм.

ь Визначені умови, при яких газорозрядні аргонові лазери із секційною трубкою забезпечують потужність випромінювання порядку кількох десятків Вт, завдяки чому вони виявилися ефективними для збудження потужних лазерів на барвниках неперервної дії, які можуть перестроювати довжину хвилі випромінювання шляхом зміни температури спиртових розчинів, зокрема, родаміна 6Ж - у діапазоні 570630 нм.

2. Вивчено одночасний вплив основних фізичних чинників, зокрема, теплових аберацій різних порядків та ковзного відбиття променів від стінок кювети на просторово-кутові характеристики випромінювання імпульсно-періодичних лазерів на барвниках із ламповою накачкою, та визначені умови, що забезпечують кутове розходження цього випромінювання менше 5 мрад при мікросекундних тривалостях імпульсів.

ь У наближенні аберацій парного порядку та уявлень геометричної оптики і променевої матриці знайдені основні характеристики нестаціонарного резонатора лазера із неоднорідним активним елементом.

ь Встановлено, що умова стійкості еквівалентного резонатора із зростанням енергії, поглинутої розчином барвника, змінюється, і резонатор протягом одного імпульсу мікросекундної тривалості може переходити зі стійкого типу в нестійкий та навпаки.

ь Встановлено, що високу спрямованість випромінювання лазерів цього класу може забезпечити лише одночасне виконання кількох умов, зокрема: стабілізація температури активного елемента та рідини, що використовується для його охолодження; вибір оптимальної концентрації барвника; використання кутового селектора.

3. Досліджені нестаціонарні фізичні процеси, які протікають в імпульсних лампах при потужних розрядах мікросекундної тривалості, що дозволило врахувати виявлені закономірності цих процесів при розробці серії оригінальних ламп, і на їх базі створити ефективні системи накачки, які забезпечують задані спектрально-енергетичні характеристики випромінювання імпульсно-періодичних лазерів на барвниках з ККД ~1%.

ь Запропоновані нові безконтактні методи і засоби вимірювання електричних характеристик потужних високовольтних розрядів мікросекундної тривалості, які базуються на модуляції оптичного випромінювання у електрооптичному кристалі, що дозволило виявити та описати основні закономірності еволюції і гістерезис електричних характеристик розрядного проміжку імпульсних ламп.

ь Встановлено, що різниця часових параметрів мікросекундних імпульсів світла і електричного струму в ксенонових лампах визначається спектральною смугою прозорості їхньої оболонки, еволюцією спектра випромінювання та концентрацією газу-наповнювача.

ь Розроблені нові методи розрахунку лампових систем накачки лазерів на барвниках, які дозволили одночасно забезпечити необхідний ресурс та вирішити проблеми спектрального узгодження випромінювання ламп зі смугою поглинання активного елемента і електричного узгодження контуру живлення з нелінійним опором їх розрядного проміжку.

4. Досліджено генерацію другої гармоніки в кристалах дігідрофосфата калію випромінюванням імпульсно-періодичних лазерів на барвниках із ламповою накачкою, яке перестроюється в широкому діапазоні спектра.

Знайдені оптимальні умови нелінійно-оптичного перетворення частоти та визначені вимоги до оптичних елементів і параметрів випромінювання цих лазерів при мікросекундних тривалостях імпульсів, що забезпечило ефективну генерацію другої гармоніки та перестроювання довжини хвилі у ділянці 260360 нм ультрафіолетового діапазону.

5. Розроблені і створені ефективні джерела потужного лазерного випромінювання субмікронного діапазону і системи на їхній основі.

ь Імпульсно-періодичні лазери на барвниках серії “Промінь-2”, які забезпечують середню потужність випромінювання 0,510 Вт при частоті 10 Гц, повний ККД 1%, перестроюються у діапазоні 450720 нм при ширині лінії 0,1 нм, і мають кутове розходження менше 5 мрад.

ь Імпульсно-періодичне джерело когерентного ультрафіолетового випромінювання, яке завдяки генерації другої гармоніки може перестроюватися у діапазоні 260360 нм і забезпечує пікову потужність порядку декількох кіловатів та середню потужність - кілька десятків мВт.

ь Медична установка “Зонд-1”, призначена для роздрібнення каменів у внутрішніх органах людини методом лазерної літотрипсії.

Список основних публікацій за темою дисертації

Шевченко В.В. Исследование основных характеристик излучения импульсных ламп при разрядах микросекундной длительности // Оптика и спектроскопия. - 2000. - Т. 88, № 2. - С. 336_340.

Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Мощные разряды микросекундной длительности в импульсных лампах // Журн. прикл. спектроскопии. - 1985. - Т. 43, № 6. - С. 901-910.

Шевченко В.В. Расчет спектрально-временных характеристик излучения импульсных ксеноновых ламп // Радиофизика и электроника. -Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 1998. - Т. 3, № 2. - С. 57-63.

Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Шевченко В.В. Лазеры на красителях в ИРЭ НАН Украины // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2004. - Т. 9. Спец. выпуск. - С. 91-111.

Дзюбенко М.И., Маслов B.B., Пелипенко В.П., Шевченко B.B. Исследование влияния дежурного разряда на эффективность импульсно-периодических лазеров на красителях с ламповой накачкой // Оптика и спектроскопия. - 1995. - Т. 78, № 4. - С. 700-703.

Шевченко В.В. Электрическое и спектральное согласование в ламповых системах накачки импульсных лазеров // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2003. - 8, №1. -C. 102-109.

Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Мощный лазер с ламповой накачкой на растворах органических соединений // Приборы и техника эксперимента. - 1988. - № 4. -С.165-167.

Дзюбенко М.И., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Высокоэффективные лазеры на красителях с ламповой накачкой // Квант. электроника. - 1991.- Т. 18, № 10. - С. 1215-1216.

Дзюбенко М.И., Маслов B.B., Пелипенко В.П., Шевченко B.B. Импульсно-периодические лазеры на красителях с ламповой накачкой // Квант. электроника. - 1995. - Т. 22, № 5. -С.436-438.

Дзюбенко М.И., Замковой А.С., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Исследование параметров лазера на красителях с ламповой накачкой при субмиллисекундных длительностях // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2003. - Вып. 131. - С. 111-117.

Науменко И.Г., Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Эволюция пространственно-угловых характеристик лазеров на красителях с ламповой накачкой // Квант. электроника. - 1993. - Т. 20, № 2. - С. 123-128.

Shevchenko V.V. Ray Trajectories in the Axial-Symmetric Inhomogeneous Medium of a Dye Laser // Telecommunications and Radio Engineering. - 2001. - Vol. 55, № 2. - P. 77-83.

Науменко И.Г., Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Исследование пространственно-угловых характеристик лазеров на растворах органических соединений // Квант. электроника. - Киев: Наукова думка. - 1992. - Вып. 43. - С. 3_24.

Шевченко В.В. Геометрическая оптика аксиально-симметричной неоднородной усиливающей среды // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 1999. - Вып. 110. - С. 93-99.

Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Study of the spatial-angular distribution of flashlamp-pumped dye laser emission in various solvents // Functional Materials. - 1996. - Vol. 3, № 4. - P. 529-533.

Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Перестраиваемые импульсно-периодические лазеры на красителях с ламповой накачкой // Квантовая электроника. -1998. - Т. 25, № 12. - С. 1091-1094.

Шевченко В.В. Расчет спектрально-временных характеристик излучения перестраиваемых лазеров на красителях с ламповой накачкой // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2003. - Т. 8, № 3. - С. 386-392.

Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Перестраиваемые импульсно-периодические лазеры на красителях с ламповой накачкой // Вісник Харківського Університету. Радіофізика та електроніка. - 2002. - № 570, В. 2. - С. 53-54.

Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В., Пилипенко С.М., Кавецкас С.Ю., Ерохин А.А., Сорокин Л.П., Усов И.А. Лазерный литотриптер “Зонд-1”// Оптика атмосферы и океана. - 1995. - Т. 8, № 11. - С. 1672_1675.

Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Tunable Pulse-Periodic Dye Laser // Telecommunications and Radio Engineering. - 1999. - Vol. 53, № 7-8. - P. 149-157.

Дальченко П.Г., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Аргоновый лазер с секционированной разрядной трубкой // Квант. электроника. - Киев: Наукова думка. - 1984. - Вып. 27. - С. 47-50.

Дзюбенко М.И., Науменко И.Г., Шевченко В.В. Генерация второй гармоники лазерами на красителях с ламповой накачкой // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2001. - Т. 6, № 3. - С. 305_308.

Dzyubenko M.I., Kolpakov S.N., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Research of the Features of the Second Harmonic Generation by Pulse-Periodic Flashlamp-Pumped Dye Lasers // elecommunications and Radio Engineering. - 2002. - Vol. 57, № 10_11. - P. 148-155.

Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Импульсно-периодический источник перестраиваемого излучения для ультрафиолетовой области спектра // Фотобіологія та фотомедицина. - 2001. - Т. 4, № 1-2. - С. 102_103.

Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Исследование импульсно-периодического источника излучения, перестраиваемого в ультрафиолетовом диапазоне спектра // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2002. - Т. 7, № 2. - С. 385-391.

Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Импульсно-периодический источник перестраиваемого излучения для ближней УФ области спектра // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2003. - Вып. 135. - С. 75-77.

А.С. № 1411587 СССР, МК³: G 01 D 5/34. Способ дистанционного измерения электрических и магнитных величин и устройство для его осуществления / В.В. Шевченко // Открытия. Изобретения. - 1988. - № 27. - С. 148-149.

А.С. № 1046713 СССР, МК³: G01R 29/12. Устройство для измерения напряженности импульсных электрических полей / В.И. Соловаров, В.В. Шевченко // Открытия. Изобретения. - 1983. - № 37. - С. 233.

А.С. № 1322901 СССР, МК³: H01J 61/90; НОS1 3/092. Устройство для накачки импульсных лазеров на растворах органических соединений / В.П. Пелипенко, М.И. Дзюбенко, В.В. Шевченко // Открытия. Изобретения. - 1988. - № 10. - С. 274.

АС. № 1549439 СССР, МК³: G01R 61/90. Лазер на растворах органических соединений и устройство для его осуществления / В.П. Пелипенко, М.И. Дзюбенко, И.Г. Науменко, В.В. Шевченко // Открытия. Изобретения. - 1990. - № 9. - С. 271.

Shevchenko V.V. Spectral - temporal characteristics of radiation from flash lamp with discharges of short duration // Proceedings SPIE. - 2000. - Vol. 4071. - P. 146_152.

Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Investigation and elaboration of pulse-periodic flashlamp-pumped dye lasers // Proceedings SPIE. - 1995. - Vol. 2619. - P. 144-149.

Dzyubenko M.I., MaslovV.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Study of the spectral and spatial-angular characteristics of pulse-periodic flashlamp-pumped dye laser // Proceedings SPIE. - 1998. - Vol. 3403. - P. 194-199.

Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Flashlamp-pumped dye laser for near IR and UV regions of spectrum // Proceeding CAOL'2003. 1st International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (16-20 Septermber, 2003). - 2003 - Vol. 1. - P. 165-167.

Dzyubenko M.I., Naumenko I.G., Shevchenko V.V. Second-harmonic generation from a flashlamp-pumped dye lasers at the microseconds pulses // Proceeding LFNM'2001. 3d International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (May 22_24, 2001). - 2001. - P. 105-108.

Shevchenko V.V. Research of the special features of the second harmonic generation of tunable radiation from flashlamp-pumped dye lasers // Proceeding LFNM'2002. 4d International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (June 3-5, 2002). - 2002. - P. 84-89.

Dzyubenko M.I., Kolpakov S.N., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Research of the second harmonic generation by microseconds pulses of radiation of the flashlamp-pumped dye lasers // Proceedings SPIE. - 2001. - Vol. 4680. - P. 35-41.

Dzyubenko M.I., Kolpakov S.N., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Study of the pulse-periodic source of the tunable radiation for ultraviolet range of a spectrum // Proceedings SPIE. - 2001. - Vol. 4747. - P. 245-252.

Shevchenko V.V. Features of the second harmonic generation by tunable radiation of the flashlamp-pumped dye lasers // Proceedings SPIE. - 2002. - 5066. P. 21_26.

Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Dye laser systems of the "PROMIN'" series for bio-medical applications // Тезисы докл. 10 научно-практическ. конф. “Применение лазеров в медицине и биологии”. -Харьков, 1998. - С. 132-133.

Дзюбенко М.І., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В., Пилипенко С.М., Кавецкас С.Ю., Ерохін А.А., Сорокін Л.П., Усов І.О. Лазерна медична установка “Зонд-1” // Тези доп. науково-практ. конф. “Науковомісткі технології подвійного призначення”. - Київ: КВГУЗ, 1994. - С. 174-175.

Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В., Пилипенко С.М., Кавецкас С.Ю., Ерохин А.А., Сорокин Л.П., Усов И.А. Лазерный литотриптер “Зонд-1” // Тезисы докл. 3 научно-практическ. конф. “Применение лазеров в медицине и биологии”. - Харьков: ИРЭ НАН Украины, 1994. - С. 157-158.

Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Установки серии “ПРОМІНЬ-2” на основе мощных импульсно-периодических лазеров на красителях с ламповой накачкой // Труды 3 конф. “Лазерная физика и спектроскопия”. - Гродно, 1997. - С.156-158.

Dzyubenko M.I., MaslovV.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Tunable flashlamp-pumped dye laser systems of the PROMIN' type // Proc. of International Technology Transfer Conference (ITT-98). - Iowa, 1998. - P. 153-155.

Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Исследование генерации второй гармоники микросекундными импульсами излучения лазеров на красителях с ламповой накачкой // Тезисы докладов конференции “Лазеры. Измерения. Информация” (С.-Петербург, 6-7 июня 2001 г.). - С._Петербург, 2001. - С. 9-10.

Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Маслов В.В., Пелипенко В.П. Шевченко В.В. Лазеры на красителях с ламповой накачкой для медико-биологических применений // Тезисы докладов конференции “Лазеры для медицины, биологии и экологии” (С.-Петербург, 21-22 ноября 2001 г.). - С._Петербург, 2001. - С. 34-35.

Shevchenko V.V. Designing of high-power pump-systems based on the xenon flashlamps // ICPLC-2002. Abstract Book and Program. International conference on physics of laser crystals (Kharkiv-Stary Saltov, Ukraine, August 26 - September 2, 2002). - Kharkiv. - 2002. - P. SC-13.

Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Источник перестраиваемого ультрафиолетового излучения // Матер. ХVII Международн. научн.-практ. конф. “Применение лазеров в медицине и биологии”. -Харьков, 2002. - С. 66.

Shevchenko V.V. Evolution of spectral characteristics of radiation during lasing of microsecond pulses by tunable dye lasers // International Conference on the Noise Radar Technology (Kharkov, Ukraine, 21-23 October 2003). Abstracts. - Kharkov: IRE NAS, Ukraine, 2003. - P. 17.

Анотація

Шевченко В.В. Імпульсно-періодичні джерела потужного випромінювання субмікронного діапазону. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 “фізика приладів, елементів і систем”. - Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2004.

Дисертація присвячена вивченню нестаціонарних фізичних процесів мікросекундної тривалості, які протікають в елементах і вузлах потужних лазерів на барвниках із ламповою накачкою та в системах на їхній основі. У роботі досліджені електричні та світлові характеристики імпульсних ламп при потужних розрядах мікросекундної тривалості. Вивчені процеси формування просторово-кутових характеристик лазерів на барвниках і вплив на них теплових аберацій активного середовища та френелівського відбиття на стінках кювети. Досліджені спектральні, енергетичні та часові характеристики цих лазерів та вплив на них параметрів активного середовища і резонатора. Це дозволило створити ефективні імпульсні та імпульсно-періодичні лазери на барвниках із ламповою накачкою, які забезпечують перестроювання частоти випромінювання у субмікронному діапазоні спектра.

Ключові слова: субмікронний діапазон, випромінювання, лазер на барвниках, лампова накачка, енергія, потужність, діаграма спрямованості, спектральний селектор.

Аннотация

Шевченко В.В. Импульсно-периодические источники мощного излучения субмикронного диапазона. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.01 “физика приборов, элементов и систем”. Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, 2004.

В диссертационной работе проведены комплексные теоретические и экспериментальные исследования нестационарных физических процессов микросекундной длительности, которые протекают в основных элементах лазеров на красителях с ламповой накачкой и в системах на их основе, выполненные с целью создания эффективных импульсно-периодических источников мощного излучения субмикронного диапазона.

При выполнении работы были разработаны методы и средства изучения физических характеристик импульсных ламп при мощных разрядах микросекундной длительности (РМД), предложен и реализован новый метод измерения электрических величин, который позволил повысить точность определения высоких импульсных напряжений в условиях сильных электромагнитных помех.

Изучены нестационарные электрические характеристики газоразрядной плазмы в коаксиальных и трубчатых ксеноновых лампах.

Показано, что нелинейное сопротивление разрядного канала этих ламп при микросекундных импульсах разрядов может быть описано эмпирическим выражением, которое зависит от двух переменных: плотности тока и плотности заряда.

Исследованы пространственно-временные и спектрально-энергетические характеристики (СЭХ) излучения импульсных ламп.

Показано, что временное различие импульсов света и тока в лампах определяется спектральной полосой прозрачности оболочки, эволюцией спектра излучения и параметрами плазмы. Показано, что вспомогательный разряд снижает безызлучательные потери энергии основного разрядного контура, благодаря чему возрастает светоотдача ламп.

Исследована эффективность ряда охлаждаемых ламповых систем накачки импульсно-периодических (И-П) лазеров на красителях (ЛК). Установлено, что по комплексу характеристик лучшими для И-П режима являются одноламповые системы накачки на базе трубчатых импульсных ламп.

Разработаны методы расчета эффективных ламповых систем накачки ЛК, в которых решены проблемы спектрального согласования излучения ламп с полосой поглощения активного элемента, электрического согласования контура питания с нелинейным сопротивлением разрядного промежутка лампы, и обеспечен требуемый ресурс. На базе оригинальных импульсных ламп созданы системы накачки, которые обеспечивают заданные характеристики излучения лазеров при КПД ~1%.

В приближении геометрической оптики решена задача для лучевых траекторий (ЛТ), существующих в неоднородной аксиально-симметричной активной среде.

Показано, что диаграмму направленности излучения лазеров при высоких концентрациях красителей определяют замкнутые ЛТ рефракционного типа и ЛТ, которые испытывают френелевское отражение на стенках кюветы (ФОСК).

В рамках представлений лучевой матрицы определены основные характеристики эквивалентного резонатора ЛК с неоднородным активным элементом.

Показано, что при высоких концентрациях красителей в растворе с увеличением накачки изменяется условие устойчивости резонатора, в результате чего он в течение импульса микросекундной длительности может переходить из устойчивого типа в неустойчивый и обратно. Установлено, что стабилизация температуры активного элемента и охлаждающей жидкости позволяет уменьшить расходимость и повысить эффективность ИП ЛК с ЛН.

Показано, что повышению направленности излучения способствует выбор оптимальной концентрации красителя и соответствующей ей длины активной области кюветы ЛК. Для улучшения диаграммы направленности излучения лазеров на красителях предложен и испытан угловой селектор, реализованный в виде прозрачного винтового выступа на стенке кюветы.

Исследована эволюция спектрально-энергетических характеристик излучения ЛК с ЛН.

Определены требования, предъявляемые к параметрам спектральных селекторов, найдены классы красителей и подобраны их донорно-акцепторные пары, которые обеспечивают перестройку длины волны излучения в видимом диапазоне спектра. Найдены условия, которые позволяют применять газоразрядные аргоновые лазеры с секционированной трубкой для накачки непрерывных ЛК.

Изучена генерация второй гармоники (ГВГ) в кристаллах KDP излучением перестраиваемых ИП ЛК с ЛН.. Найдены оптимальные условия и определены требования, предъявляемые к оптическим элементам и к параметрам лазера, что обеспечило эффективную ГВГ в разных участках УФ диапазона спектра.

Проведенные исследования позволили разработать и создать ряд эффективных источников излучения субмикронного диапазона и систем на их основе:

Импульсные и импульсно-периодические лазеры, средняя мощность излучения которых составляет 0,510 Вт при частоте 10 Гц при полном КПД 1% и энергии импульсов микросекундной длительности 0,140 Дж. Со спектральными селекторами они обеспечивают перестройку длины волны в диапазоне 450720 нм при ширине линии 0,1 нм и расходимости менее 5 мрад.

Лазерная медицинская установка “Зонд-1” для дробления камней во внутренних органах человека методом интракорпоральной литотрипсии.

Импульсно-периодический источник ультрафиолетового излучения, который может перестраиваться в диапазоне 260360 нм и обеспечивает пиковую мощность до 10 кВт и среднюю мощность - до 100 мВт при длительности импульсов ~1 мкс.

Ключевые слова: субмикронный диапазон, излучение, лазер на красителях, ламповая накачка, энергия, мощность, диаграмма направленности, спектральный селектор.

Summary

Shevchenko V.V. Pulse - periodic sources of a high-power radiation for submicron range of spectrum. - Manuscript.

The thesis for a Doctor's degree in physics and mathematics on speciality of 01.04.01 “physics of devices, elements and systems”. - V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, 2004.

The thesis is devoted to study of the physical processes of microsecond duration, which proceed both in main elements and units of high-power dye lasers with flash-lamp pumping, and in systems on basis of these lasers. The non-stationary electrical and emitting characteristics of flash-lamps under conditions of high-power discharges of microsecond duration were investigated. The processes of shaping of spatially-angular characteristics of the dye lasers radiation, and influence of thermal aberrations of an active medium and Fresnel reflection on the walls of dye cell on these processes were investigated. Main characteristics of tunable dye lasers, such as spectral, energy, and temporary, for different parameters of an active medium and resonator were investigated. These results were used for production of the effective the pulsed flash-lamp pumping dye lasers, and the pulse-periodic flash-lamp pumping dye lasers.

Keywords: submicron range, radiation, dye laser, flash-lamp pumping, energy, power, directional diagram, spectral selector.

Размещено на Allbest.ru