Формування і селекція поперечних мод у лазерних резонаторах

Для діелектричних хвилеводів ступінь поляризації переданого випромінювання близький до 100 % і добре зберігається у всьому діапазоні досліджуваних пучків. У металевих хвилеводах ступінь поляризації вихідного випромінювання зростає зі збільшенням радіуса збуджуючого пучка і зменшенням a/, що пояснюється збільшенням внеску хвилевідної моди ТЕ₁₁ (з максимальною часткою лінійно поляризованого випромінювання в порівнянні з іншими модами) у спектральному складі випромінювання. Розходження в розрахункових і експериментальних даних пов'язані з нерегулярністю поперечного переріза, шорсткістю поверхні і можливою відмінністю розрахункових значень матеріальних констант для використаних хвилеводів.

Установлено умови відображення вхідного розподілу поля при збудженні металевих круглих хвилеводів пучками випромінювання гаусового профілю і показано, що самозображення вхідного розподілу поля у хвилеводах можливо при відношенні радіуса падаючого пучка до радіуса хвилеводу рівним 0,4-0,8. На вихідній апертурі відрізка хвилеводу самозображення здійснюється при довжині цього відрізка, що має порядок віднощення семи квадратів його радіуса до довжини хвилі.

У підрозділі 4.3 "Передача і відновлення гаусових пучків випромінювання в металевих прямокутних хвилеводах" з використанням модової методики розраховані та обміряні коефіцієнт передачі й ступінь поляризації випромінювання в прямокутному мідному хвилеводі 2a 2b (a>b) при його збудженні лінійно поляризованими пучками випромінювання гаусового профілю СММ лазера з оптичним накачуванням ( = 432,6 мкм). Вектор поляризації поля был спрямований уздовж як широкої, так і вузької стінок хвилеводу. Дослідження проводилися при зміні відносного радіуса вихідного пучка w = w₀/a у діапазоні 0,1 - 0,9.

Показано, що для прямокутних металевих хвилеводів з ростом w спочатку спостерігається невелике зростання коефіцієнта передачі випромінювання, а при значеннях w, більших 0,5, відзначається його зменшення. Ріст коефіцієнта передачі T зі збільшенням w пояснюється зростанням у спектрі вхідного випромінювання відносної частки енергій основних хвилевідних мод, що мають більш низькі загасання в порівнянні з іншими модами. Це підтверджується розрахунковими даними, де наведений коефіцієнт передачі випромінювання для основних власних хвилевідних мод досліджуваного хвилеводу. Зменшення T при w > 0,5 пов'язане з тим, що частина енергії пучка не входить в хвилевід. Зміна T залежно від напрямку вектора поляризації поля збуджуючого пучка викликано меншими втратами мод TE_0n у порівнянні з модами TE_m0, які забезпечують передачу пучка випромінювання з вектором поляризації, спрямованим відповідно уздовж широкої і вузької стінок хвилеводу. Розходження в розрахункових і експериментальних даних пов'язані з нерегулярністю поперечного перетину, шорсткістю поверхні й з можливим розходженням у розрахункових значеннях матеріальних констант для використаного хвилеводу. З результатів розрахунків й експериментів випливає, що ступінь поляризації переданого СММ випромінювання у випадку прямокутних металевих хвилеводів близька до 100 % і зберігається для всіх досліджуваних пучків.

Встановлено умови відображення вхідного розподілу поля при збудженні металевих прямокутних хвилеводів хвильовими пучками випромінювання гаусового профілю і показано, що самозображення вхідного розподілу поля у хвилеводах можливе при відношенні радіуса падаючого пучка до розміру вузької стінки хвилевода рівним 0,2-0,9. Експериментально підтверджена можливість відновлення профілю вхідного випромінювання на найменшій відстані в порожнистому надрозмірному металевому прямокутному хвилеводі при його збудженні лінійно поляризованим пучком випромінювання. Експеримент проводився на базі мідного прямокутного хвилеводу з геометричними розмірами, для поперечних розмірів якого справедлива цілочисельність віднощення a/b. Довжину хвилеводу L обрано попередньо із синфазної умови розташування першого додаткового перетину відновлення для даного пучка випромінювання і уточнена в розрахунках за допомогою розвинутої вище спектральної методики. Представлено розрахункові й експериментальні відносні поперечні розподіли інтенсивності поля на вході й виході хвилеводу для вихідних пучків випромінювання з різними відносними радіусами пучка. Спостерігається відновлення вхідного поля з досить малими погрішностями.

У п'ятому розділі "Формування моди із квазіоднорідним профілем вихідного випромінювання у хвилевідних лазерах" описано результати по розробці і створенню експериментальних зразків одномодових хвилевідних ІЧ і субміліметрового лазерів із квазіоднорідним вихідним пучком випромінювання на основі комбінованого резонатора, що включає узагальнений конфокальний резонатор з неоднорідним дзеркалом з дискретно розташованими на його поверхні неоднорідностями і порожнистий діелектричний хвилевід, розміри якого задовольняють умовам самозображення в ньому квазіоднорідного поля. Також розвинено методи формування хвильового пучка випромінювання заданого профілю, які засновані на корекції фази основної моди хвилевідного резонатора за рахунок зміни форми одного з відбивачів.

У підрозділі 5.1 "Одержання пучка із квазірівномірним розподілом інтенсивності у хвилевідному CO₂-лазері c неоднорідним дзеркалом" установлені умови відображення вхідного розподілу поля при збудженні круглих порожнистих діелектричних хвилеводів лінійно поляризованими пучками випромінювання з амплітудою поля, описуваної супергаусовою функцією різного порядку як із плоским хвильовим фронтом, так і з урахуванням впливу його кривизни. Показано, що самозображення вхідного розподілу поля у хвилеводі радіуса а в діапазоні = 50 ч 250 можливе з нормованою абсолютною середньою мірою розходження не перевищуючої 20 % для пучків даного виду. На вихідній апертурі відрізка хвилеводу самозображення здійснюється при довжині цього відрізка, що має порядок потроєного відношення квадрата радіуса хвилеводу до довжини хвилі випромінювання, що поширюється. Показано можливість неспотвореної передачі по круглому діелектричному хвилеводу лінійно поляризованого випромінювання з амплітудою поля, яка описується функцією сомбреро різного порядку. Показано, що самозображення даного вхідного розподілу поля у хвилеводі в діапазоні =50 250 можливе з нормованою абсолютною середньою мірою розходження не перевищуючої 10 % для пучків виду функції сомбреро не більше сьомого порядку. При цьому збільшення відносного розміру хвилеводу від 50 до 250 приводить до збільшення величини порядку пучків, які можна відновити з вищевказаною погрішністю, від 3 до 7. На вихідній апертурі відрізка хвилеводу самозображення здійснюється при довжині цього відрізка, що має порядок (3,53,6) для пучка випромінювання другого порядку і 2,1 для пучків більш високих порядків.

Для формування однорідних вихідних пучків випромінювання в лазерних хвилевідних резонаторах було запропоновано застосування принципів побудові УКР у схемі резонатора, що включає УКР і відрізок хвилеводу, що самозображує вхідне поле. Схема резонатора представлена на рис. 4. В одному плечі резонатора біля вихідного напівпрозорого відбивача розміщується порожнистий діелектричний хвилевід. Його розміри мають відповідати умовам самозображення у хвилеводах пучків випромінювання з поперечним розподілом амплітуди поля виду супергаусової функції. З іншої сторони від фазового коректора розташовується неоднорідне дзеркало з просторовим фільтром. Отримано систему алгебраїчних рівнянь для знаходження розподілу комплексної амплітуди поля на вихідному дзеркалі хвилевідного резонатора. Проведено розрахунки на вибір розміру і розташування поглинаючих і фазозсувних ділянок щодо координат вузлових ліній формованих розподілів амплітуди поля типу функцій сомбреро на неоднорідному дзеркалі волноводного резонатора. Вплив активного середовища на форму вихідного випромінювання розглянуто на прикладі пропонованої конструкції хвилевідного СО₂-лазера зі збудженням розрядом постійного струму. Його лазерний резонатор являє комбінацію УКР із внутрішньою лінзою і багатомодового діелектричного хвилеводу з активним середовищем. Метод розщеплення за процесами дифракції й посилення-рефракції з урахуванням інтерференції зустрічних хвиль (підрозділі 2.3.3 даної роботи) застосовано для дослідження характеристик поперечних мод хвилевідного резонатора з амплітудно-східчастим дзеркалом. Відмінність полягає у використанні в чисельному алгоритмі замість дифракційного інтеграла поданням пучка у вигляді хвилевідних мод з урахуванням їх сталих поширення при вивченні поширення випромінювання між активними станами в резонаторі. Наведено характерні радіальні розподіли інтенсивності основного типу коливань (фур'є-моди) на вихідному дзеркалі хвилевідного СО₂-лазера з неоднорідним АСД. Як видно із представлених результатів, введення активного середовища у хвилевідний квазіоптичний резонатор може сприяти поліпшенню однорідності вихідного випромінювання.

У підрозділі 5.2 "Формування фур'є-моди із квазіоднорідним профілем вихідного випромінювання у хвилевідному субміліметровому лазері складної конструкції" теоретично й експериментально підтверджене існування квазіоднорідних пучків випромінювання на виході хвилевідного з оптичним накачуванням CH₃OH-лазера із резонатором складної конструкції і амплітудно-східчастим дзеркалом у ньому. Резонатори складної конструкції мають два й більше хвилеводи, зв'язаних квазіоптично за допомогою системи поворотних дзеркал (СПД). Звичайно використовується СПД, що складаються з одного або двох дзеркал. У першому випадку дзеркало розташовується на перетинанні осей хвилеводів, що сполучаються, і може бути як плоским, так і сферичним. У розглянутих варіантах СПД модові втрати сильно залежать від довжини хвилі, що обмежує робочий діапазон довжин хвиль. Нами запропоновано систему на основі двох сферичних і плоских дзеркал, яка ефективно працює в досить широкому діапазоні довжин хвиль. Завдяки цьому досягається паралельне розташування хвилеводів, а також малий кут між нормаллю до сферичного дзеркала і оптичною віссю СПД, що необхідно для зменшення позаосьової аберації. Наведено умови вибору фокусних відстаней для сферичних дзеркал при заданих поперечних розмірах хвилеводів і дзеркал. Запропоновану систему поворотних дзеркал використано для побудові широкодіапазонної конструкції резонатора СММ лазера.

Схема розглянутого резонатора представлена на рис. 5. Він містить круглі діелектричні хвилеводи, закорочені з одного торця плоскими відбивачами із центральними отворами зв'язку і оптично зв'язані СПД із іншого. Розміри хвилеводів мають відповідати умовам самозображення в порожнистих діелектричних хвилеводах пучків випромінювання з розподілом амплітуди поля виду супергаусової функції. СПД складається із плоского неоднорідного дзеркала з амплітудним просторовим фільтром і двох сферичних дзеркал. Задача про власні коливання в розглянутому резонаторі зводиться до системи алгебраїчних рівнянь із комплексними коефіцієнтами, з розв'язання якої знаходяться характеристики мод даного резонатора.

Наведено розрахункові відносні поперечні розподіли інтенсивності і фази поля на вихідному дзеркалі та експериментально отримано спектри випромінювання хвилевідного з оптичним накачуванням CH3OH-лазера з використанням як плоского дзеркала в резонаторі однорідного та амплітудно-східчастого дзеркал. У спектрі випромінювання лазера при використанні однорідного дзеркала присутні три нижчі за втратами резонаторні EH1m моди. При використанні в лазері амплітудно-східчастого дзеркала в спектрі випромінювання спостерігається одна мода (фур'є-мода). Застосування в лазері неоднорідного дзеркала збільшує втрати випромінювання накачування, що приводить до зменшення коефіцієнта підсилення активного середовища й відсутності в спектрі випромінювання вищих мод. Міра розходження між круговою функцією й отриманим профілем інтенсивності поля на вихідному дзеркалі при використанні в резонаторі неоднорідного дзеркала не перевищує 30 %.

Для підтвердження одержання одномодового режиму роботи CH₃OH-лазера з радіальним профілем інтенсивності поля, близьким до кругової функції на вихідному дзеркалі, експериментально і чисельно досліджувалися поперечні розподіли інтенсивності лазерного випромінювання в дальній зоні. Радіуси пучків на рівні 0,5 по інтенсивності від її максимального значення, обмірювані в ході експерименту й отримані розрахунковим шляхом, збігаються. При використанні неоднорідного дзеркала спостерігається добра відповідність розрахункового й експериментального профілю розподілу інтенсивності. Деякі розходження в поперечних розподілах інтенсивності можна пояснити прийнятим у розрахунках спрощенням характеристик активного середовища, а також деякою відмінністю форми (еліптичність) і розміру отвору зв'язку в експериментальній моделі.

У підрозділі 5.3 "Одержання фур'є-моди із квазіоднорідним профілем вихідного випромінювання у хвилевідних резонаторах СО₂ і субміліметрового лазерів зі сферичним і асферичним дзеркалами" запропоновано метод одержання в хвилевідному квазіоптичному резонаторі хвильових пучків із квазірівномірним профілем інтенсивності, заснований на когерентному підсумовуванні хвилевідних мод за рахунок зміни радіуса кривизни одного з відбивачів резонатора. Досліджуваний резонатор утворений надрозмірним діелектричним хвилеводом круглого поперечного переріза, закритого на одному торці плоским дзеркалом, а на іншому - опуклим сферичним відбивачем. Отримано систему алгебраїчних рівнянь для знаходження характеристик типів коливань досліджуваного резонатора. З огляду на слабку зміну показника заломлення хвилеводу в досліджуваному діапазоні довжин хвиль, модові характеристики вивчалися залежно від трьох параметрів, пов'язаних з геометрією хвилеводу й сферичного дзеркала, - відносного радіуса хвилеводу a/, параметра конфокальності дзеркала G=L/R і числа Френеля резонатора N. Для хвилевідних резонаторів СО₂, CH₃OH-, HCOOH-лазерів знайдено області геометричних параметрів резонатора (N, G), для яких характерна мала середньоквадратична міра розходження між відносними розподілами інтенсивності поля близької до кругового супергаусової функції 20 порядку і досліджуваної моди на однорідному вихідному дзеркалі, яка складає в оптимальному випадку 20 %. Досить високу однорідність поля вихідних пучків, формованих у цих областях, підтверджують наведені розрахункові відносні радіальні розподіли інтенсивності й фази випромінювання на вихідному дзеркалі резонаторів. Фазовий фронт розглянутих пучків є практично плоским у порівнянні з аналогічною характеристикою для хвилевідного Фур'є-резонатора (підрозділ 5.1) і його максимальне відхилення від плоского не перевищує в даних випадках 0,15 рад, що обумовлює малу розбіжність такого випромінювання.

Розвинено метод фазового спряження формування у хвилевідних квазіоптичних резонаторах хвильових пучків із заданим поперечним розподілом інтенсивності поля, заснований на корекції фази основної моди резонатора за рахунок зміни форми одного з відбивачів. Теоретично показано можливість одержання пучків супергаусового і кільцевого профілів випромінювання у хвилевідному резонаторі з асферичним дзеркалом, форма поверхні якого може бути задана рівнянням утворюючої параболи вищого порядку. Знайдено область геометричних параметрів резонатора з малим розходженням між фазовими функціями асферичного і опуклого сферичного відбивачів. Експериментально підтверджене існування пучків із супергаусовим профілем випромінювання на виході хвилевідного субміліметрового ( = 0,4326 мм) резонатора з опуклим сферичним дзеркалом.

У шостому розділі " Cелекція поперечних мод у хвилевідних квазіоптичних резонаторах" на основі розвинутої методики розрахунку хвилевідних лазерних резонаторів з модовими селекторами запропоновано і реалізовано експериментально два методи селекції нижчих поперечних мод та метод селективного збудження окремих вищих поперечних мод хвилевідного квазіоптичного резонатора (ХКР), які досить просто реалізуються на практиці. У якості модових селекторів використовувались ірисова діафрагма, ділянка вільного простору і неоднорідні дзеркала з амплітудними та фазовими просторовими фільтрами.

У підрозділі 6.1 "Методика розрахунку хвилевідних резонаторів з модовими селекторами" розвинута методика розрахунку характеристик мод діелектричних і металевих хвилевідних резонаторів згорнутої конструкції, що містять хвилевідні й відкриті ділянки та модові селектори. Методика чисельного розрахунку характеристик нижчих мод резонатора заснована на представленні поля у хвилеводах у вигляді суперпозиції власних хвиль, а на відкритих ділянках резонатора - у вигляді дифракційного інтеграла в наближенні Френеля. При чисельному дослідженні характеристик діелектричного ХКР ми обмежилися практично найбільш важливим випадком генерації лінійно поляризованого випромінювання і розрахунки проведено для набору повільно витічних LP_nm мод. У випадку металевого резонатора з однорідними відбивачами розрахунки проведено для хвиль класів ТЕ_0n і ТЕ_1n, оскільки вони формують моди звичайно спостережувані в експерименті. Хвилі ТМ_1n не розглядалися через їхнє велике загасання. У випадку металевих резонаторів з отворами збурювання, які вносять круглі отвори в центрі дзеркал, приводять до зв'язку хвиль класів TE_1n і ТМ_1n . При цьому клас хвиль ТЕ_0n залишається незалежним у силу аксіальної симетрії їхніх полів. Тому для даних резонаторів з отворами зв'язку чисельний розрахунок характеристик мод досліджуваного резонатора проведено незалежно в класі хвиль ТЕ_0n і спільно у двох класах хвиль TE_1n і ТМ_1n. Для розробки методу просторової фур'є-фільтрації вищих типів коливань у ХКР вивчена просторова структура його хвилевідних мод у дальній зоні.

У підрозділі 6.2 "Результати розрахунку характеристик селектовних поперечних мод" наведено результати розрахунку втрат енергії мод ХКР при діафрагмуванні плоского дзеркала СПД. Розрахунок виконано для довжин хвиль = 0,1188, 0,4326 й 0,9199 мм (лінії генерації СММ-лазерів на молекулах CH₃OH, HСOОH й HCOOD, відповідно), тому що вони лежать у різних частинах СММ діапазону. Характерний розмір пучка на плоскому дзеркалі СПД (в області Фур'є-образа) дорівнює добутку кута розбіжності пучка в дальній зоні дифракції на фокусну відстань. Зменшуючи радіус плоского дзеркала, можна чекати пригамовування мод, сформованих вищими хвилями хвилеводу, оскільки кут розбіжності останніх росте зі збільшенням їхніх поперечних індексів мод. Експериментальне вивчення енергетичних характеристик мод досліджуваного резонатора проведено на довжині хвилі 0,4326 мм. Наведено результати вимірювань і розрахунків втрат найбільш добротних мод при різних радіусах плоского дзеркала СПД для резонатора з однорідними відбивачами і з отвором зв'язку у відбивачі. Криві втрат, які відповідають різним , відрізняються тільки за рахунок різниці хвилевідних втрат й обмеження пучка апертурами сферичних дзеркал. Із представлених результатів випливає, що у квазіоптичному хвилевідному резонаторі можлива селекція нижчих ЕН₁₁, ТE₀₁ або мод ТE₁₁ у всьому СММ діапазоні шляхом діафрагмування плоского дзеркала СПД. При перебудові частоти резонатора радіус плоского дзеркала СПД має змінюватися пропорційно , що легко здійснити за допомогою ірисової діафрагми.

В описаному вище методі селекції основних мод ХКР спостерігається мала дискримінація по втратах між основною і вищими небажаними модами. Істотно її збільшити дозволяє вибір довжини ділянки вільного простору між хвилеводом і сферичним дзеркалом СПД. Оскільки енергетичні втрати за рахунок дифракції на такій ділянці ростуть зі збільшенням поперечних індексів мод, варто очікувати селекції нижчих мод. Загальна тенденція отриманих залежностей - збільшення втрат мод із ростом довжини ділянки вільного простору. Однак у випадку металевих резонаторів представлені криві мають локальні мінімуми, особливо яскраво виражені для моди ТE₀₁. Це пов'язане з перекачуванням енергії з нижчих хвилевідних мод у вищі, які мають більш низьке загасання. Таким чином, метод селекції за допомогою ділянки вільного простору в порівнянні з першим методом дозволяє або зменшити втрати моди, яка селектується, або сильніше пригамовувати інші моди.

Приведено результати чисельних досліджень по вивченню умов збудження окремих вищих типів коливань хвилевідних резонаторів. Представлено залежності втрат енергії за круговий обхід резонатора й додаткових фазових набігів для чотирьох найбільш добротних мод від числа Френеля ділянки вільного простору хвилевід-дзеркало у випадку, коли однорідне плоске дзеркало СПД є повністю відбивним і при розміщенні на ньому поглинаючих або розсіювальних ділянок. Знайдено області геометричних параметрів резонаторів, що дозволяють стійко збуджувати окремі вищі моди металевих і діелектричних резонаторів.

У підрозділі 6.3 "Порівняння експериментальних і чисельних результатів" спочатку описано результати експериментів перевірки описаних вище двох методів селекції нижчої поперечної моди - за допомогою ірисової діафрагми й ділянкою вільного простору у випадку використання для побудові комбінованого квазіоптичного резонатора металевих хвилеводів. У таких хвилеводах у порівнянні з діелектричними втрати багатьох нижчих поперечних мод незначні й для них проблема селекції здобуває особливу важливість. Можливість селективного збудження окремих вищих поперечних типів коливань у хвилевідному резонаторі була перевірена експериментально у випадку використання як металевих, так і діелектричних хвилеводів. Плоске дзеркало СПД і діафрагма замінялися на неоднорідні відбивачі, виготовлені механічним методом за допомогою спеціального різця. З порівняння перебудованих характеристик видно, що в металевому резонаторі із плоским дзеркалом збуджуються насамперед моди ТЕ₁₁ і ТE₀₁, що мають низькі втрати. Внесення відбивача з поглинаючою канавкою приводить до істотного придушення цих мод і переважному збудженню вищої моди ТЕ₀₂. З порівняння аналогічних перестроювальних характеристик для діелектричного резонатора випливає, що в такому резонаторі із плоским дзеркалом збуджуються насамперед моди LP₀₁ (EH₁₁) і LP₁₁ (TE₀₁+EH₂₁), що мають низькі втрати енергії в цьому випадку. Внесення відбивача з поглинаючою канавкою також приводить до істотного пригамомування цих мод і переважному збудженню необхідної вищої моди LP₀₂ (EH₁₂). Експериментально досліджений СММ лазер з оптичним накачуванням ( = 0,1188 мм) на основі квазіоптичного металевого резонатора з модовим селектором на основі ірисової діафрагми. Показано, що запропонований метод селекції поперечних мод діафрагмуванням плоского дзеркала системи поворотних дзеркал забезпечує ефективне пригамовування вищих типів коливань при роботі лазера в широкому спектральному діапазоні.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової проблеми, що виявляється в розробці нових ефективних методів формування і селекції поперечних мод у лазер-них резонаторах, призначених для створення одномодових квантових генераторів із заданим попе-речним розподілом вихідного випромінювання. Рішення проблеми досягнуте в результаті прове-дення комплексу теоретичних і експериментальних робіт, заснованих на вивченні фізичних проце-сів поширення і перетворення хвильових пучків у відкритих і хвилевідних лазерних резонансних системах. Практична значимість отриманих результатів обумовлена їхнім використанням для побудові нового перспективного напрямку у квантовій радіофізиці, що складається в створенні лазерних систем з керованими характеристиками вихідного випромінювання.

Основні результати, отримани в роботи

1. Розроблено новий метод просторової фур'є-фільтрації мод у відкритих квазіоптичних резонаторах для забезпечення одномодового режиму збудження типу коливань із заданим розподілом поля на одному з відбивачів або в заданій площині поза резонатором, заснований на виконанні одного з відбивачів з дискретно розташованими поглинаючими або розсіювальними неоднорідностями, розташованими в областях координат, у яких обертається в нуль фур'є-перетворення функції, що характеризує заданий розподіл поля.

2. Уперше теоретично установлено та експериментально підтверджено існування поперечної мо-ди із квазіоднорідним вихідним пучком випромінювання в створених зразках безперервних СО₂-лазерів на основі узагальнених конфокальних резонаторів з амплітудно-східчастим і фазо-східчастим дзеркалами та показано стійкість модових характеристик лазерів до зміни геометрії резонаторів і просторових фільтрів.

3. Використовуючи представлення вхідного поля у вигляді спектра мод, що поширюються, або променевих трубок, що лежать у меридіональних площинах хвилеводу й пересічних тільки на його осі, з урахуванням інтерференції падаючих та відбитих від стінок хвилеводу променів та явищ дифракції хвильового пучка на вході хвилеводу розвинено модову та геометрооптичну методики для розрахунку енергетичних характеристик випромінювання у хвилевідних лініях передачі лазерного випромінювання.

4. Знайдено умови оптимального збудження, поляризаційної стійкості і неспотвореної передачі хвильових пучків лазерного випромінювання з неоднорідним поперечним розподілом поля і різним рівнем кривизни хвильового фронту в надрозмірних порожнистих хвилеводах

5. Уперше запропоновано та експериментально підтверджено метод забезпечення одномодового режиму збудження типа коливань з заданим квазіоднорідним розподілом поля у хвилевідних квазіоптичних резонаторах із просторовим фільтром на одному дзеркалі з використанням влас-тивостей самозображення поля багатомодового хвилеводу і внутрішньорезонаторного фур'є-перетворювача.

6. Уперше теоретично установлено та експериментально підтверджено існування моди із квазіод-норідним вихідним пучком в створених зразках СО₂- і СММ лазерів на основі хвилевідних квазіоптичних резонаторів з амплітудно-східчастим дзеркалом і показано стійкість модових характеристик лазерів до зміни геометрії резонаторів і просторових фільтрів.

7. Описано новий метод одержання у хвилевідному квазіоптичному резонаторі поперечної моди із квазірівномірним профілем інтенсивності, заснований на когерентному підсумовуванні хви-левідних мод за рахунок зміни радіуса кривизни одного з сферичних відбивачів. При зміні па-раметрів відбивача і геометрії хвилеводу встановлено умови існування і стійкості характерис-тик такої резонаторної моди.

8. Розвинено метод фазового спряження для формування у хвилевідних квазіоптичних резонато-рах поперечних мод із заданим поперечним розподілом інтенсивності поля, заснований на ко-рекції фази основної моди резонатора за рахунок зміни форми одного з відбивачів. Теоретично показано можливість одержання хвильових пучків супергаусового і кільцевого профілів випро-мінювання у хвилевідному резонаторі з асферичним дзеркалом. Знайдено область геометрич-них параметрів резонатора з малою різницею між фазовими функціями асферичного і опуклого сферичного відбивачів. Експериментально підтверджено існування пучків із супергаусовим профілем випромінювання на виході хвилевідного СММ ( = 0,4326 мм) резонатора з опуклим сферичним дзеркалом.

9. Запропоновано та реалізовано два нових методи селекції нижчих поперечних мод хвилевідного квазіоптичного резонатора, які достатньо просто можна реалізувати на практиці, і показано, що метод селекції за допомогою ірисової діафрагми забезпечує можливість його застосування в широкому діапазоні довжин хвиль без заміни елементів резонатора. Метод селекції ділянкою вільного простору підвищує ефективність селекції нижчих мод, але може застосовуватися в обмеженому діапазоні довжин хвиль, що обумовлюється розмірами хвилеводу.

10. Запропоновано та реалізовано новий метод просторової фур'є-фільтрації для селективного збудження окремих вищих мод у відкритих і хвилевідних квазіоптичних резонаторах з високим ступенем дискримінації небажаних мод. Запропоновано та реалізовано експериментально кон-фігурації хвилевідних резонаторів з амплітудно-східчастими дзеркалами для одержання поперечних мод вищих порядків у лазерних резонансних системах, які містять хвилевідні та відкриті ділянки.

Цитована література

1. Быков В.П., Силичев О.О. Лазерные резонаторы. - М.: Физматлит, 2003. - 320 с.

2. Dickey F.M., Holswade S.C. Laser beam shaping: theory and techniques. - New York, Marcel Dekker, Inc, 2000. - 448 p.

3. Dickey F.M., Holswade S.C., Shealy D. Laser beam shaping applications. - CRC Press, 2005. - 376 p.

4. Hodgson N., Weber H. Laser resonators and beam propagation: fundamentals, advanced concepts and applications, Springer, 2005. - 794 p.

5. Очкин В.Н. Волноводные газовые лазеры. - М.: Знание, 1988. - 64 с.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

В фахових виданнях і журналах:

1. Епишин В.А., Маслов В.А., Рябых В.Н., Свич В.А., Топков А.Н. Формирование пучков излучения с плоским профилем распределения интенсивности // Письма в ЖТФ. - 1988. - Т.14, Вып.24. - С.2237-2242. [Sov. Tech. Phys. Lett. - 1988. - Vol.14, № 12. - P.971-972].

2. Епишин В.А., Маслов В.А., Покормяхо Н.Г., Свич В.А. Исследование типов колебаний и оптимизация выходной мощности волноводных субмиллиметровых лазеров с оптической накачкой // Квантовая электроника. - 1989. - Т.16, № 8. - С.1565-1570. [Sov. J. Quantum Electron. - 1989. - Vol.19, № 8. - P.1007-1010].

3. Епишин В.А., Маслов В.А., Рябых В.Н., Свич В.А., Топков А.Н. Передача субмиллиметровых лазерных пучков по волноводам вида канал в диэлектрике // Квантовая электроника. - 1990. - Т.17, № 4. - С.480-484. [Sov. J. Quantum Electron. - 1990. - Vol.20, № 4. - P.415-419].

4. Бережный В.Л., Кононенко В.И., Павличенко О.С., Аникеев А.Я., Диденко В.И., Епишин В.А., Маслов В.А., Рябых В.Н., Свич В.А., Топков А.Н., Ткаченко В.М. Многоканальный гетеродинный интерферометр на длине волны 337 мкм для диагностики плазмы // Приборы и техника эксперимента. - 1990. - Т.33, № 5. - С.178-182.

5. Епишин В.А., Маслов В.А., Милитинский И.М. Обнаружение в модифицированном решетчатом резонаторе моды с равномерным амплитудным распределением на одном из зеркал // Письма в ЖТФ. - 1991. - Т.17, вып.2. - С.1-5. [Sov. Tech. Phys. Lett. - 1991. - Vol.17, № 1. - P.37-38].

6. Епишин В.А., Маслов В.А., Милитинский И.М. Высокоселективная Фурье-мода открытого резонатора с однородной амплитудой на одном из отражателей // Радиотехнич. cистемы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. Cб. научных трудов, Харьков, Ин-т радиофизики и электроники АН Украины. - 1991. - С.144-148.

7. Бережный В.Л., Кононенко В.И., Очеретенко В.Л., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н. Многоканальные интерферометры далекой инфракрасной области для измерения плотности электронов в стеллараторе "Ураган-2М" // Физика плазмы. - 1994. - Т.20, № 1. - С.15-16. [Plasma Physics Reports. - 1994. - Vol.20, № 1. - P.9-10].

8. Маслов В.А., Свич В.А., Ткаченко В.М., Топков А.Н., Юндев Д.Н. Компактный широкодиапазонный субмиллиметровый лазер // Физика плазмы. - 1994. - Т.20, № 1. - С.30-32. [Plasma Physics Reports. - 1994. - Vol.20, № 1. - P.24-26].

9. Гурин О.В., Епишин В.А., Маслов В.А., Милитинский В.М., Свич В.А., Топков А.Н. Получение пучка с равномерным распределением интенсивности в СО₂-лазере с обобщенным конфокальным резонатором // Квантовая электроника. - 1998. - Т.25, № 5. - С.424-428. [Quantum Electronics. - 1998. - Vol.28, № 5. - P.411-415].

10. Гурин О.В., Маслов В.А., Милитинский И.М., Свич В.А., Топков А.Н. Формирование пучков с равномерным профилем интенсивности в лазерных резонаторах // Радиотехника. Всеукр. межвед. научн.-техн. сб. - 1999, вып.110. - С.37-46. [Telecommunications and Radio Engineering. - 1998. - Vol.52, № 11. - P.77-83].

11. Гурин О.В., Маслов В.А., Милитинский И.М, Свич В.А., Топков А.Н. Формирование пучка с однородным распределением поля в обобщенном конфокальном резонаторе с фазоступенчатым зеркалом // Радиофизика и электроника. Cб. научных трудов. Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 1999. - Т.4, №1. - С.11-14. [Telecommunications and Radio Engineering. - 1999. - Vol.53, № 6. - P.65-71].

12. Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Ткаченко В.М., Топков А.Н. Селекция поперечных мод в лазерных резонаторах, содержащих волноводные и открытые участки // Квантовая электроника. - 2001. - Т.31, № 4. - С.346-350. [Quantum Electronics. - 2001. - Vol.31, № 4. - P.346-350].

13. Гурин О.В., Епишин В.А., Маслов В.А., Милитинский В.М., Свич В.А., Топков А.Н. Формирование однородного распределения интенсивности в непрерывном СО₂-лазере с фазоступенчатым зеркалом // Квантовая электроника. - 2001. - Т.31, № 6. - С.543-546. [Quantum Electronics. - 2001. - Vol.31, № 6. - P.543-546].

14. Гурин О.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н., Фурсова Е.В. Полигармонические волноводы типа канал в диэлектрике для передачи пучков излучения вида функций сомбреро и супергауссиан // Радиотехника. Всеукр. межвед. научн.-техн. сб. - 2001, вып.121. - C.117-120.

15. Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Ткаченко В.М., Топков А.Н. Волноводный квазиоптический резонатор с отверстиями связи в зеркалах // Вісник Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна. - 2002, № 544, вып.1. - С.212-216.

16. Гурин О.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н., Фурсова Е.В. Резонатор для селекции и формирования фурье-моды с однородным профилем амплитуды поля // Радиофизика и электроника. Cб. научных трудов. Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2002. - Т.7, № 2. - С.323-327. [Telecommunications and Radio Engineering. - 2002. - Vol.57, №10-11. - P.141-147].

17. Гурин О.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н., Фурсова Е.В. Формирование однородного распределения интенсивности излучения в волноводном квазиоптическом резонаторе с амплитудно-ступенчатым зеркалом // Радиотехника. Всеукр. межвед. научн.-техн. сб. - 2002. - Вып.127. - С.104-111. [Telecommunications and Radio Engineering. - 2003. - Vol.59, № 7-9. - P.159-167].

18. Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Ткаченко В.М., Топков А.Н. Волноводный субмиллиметровый лазер с модовым селектором // Радиофизика и электроника. Cб. научных трудов. Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2003. - Т.8, № 1. - С.131-135. [Telecommunications and Radio Engineering. - 2002. - Vol.58, № 11-12. - P.108-114].

19. Давыдов И.В., Маслов В.А., Свич В.А. Формирование однородного поля в волноводном квазиоптическом резонаторе со сферическим отражателем // Вісник Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна.- 2004, №622.- C.29-31.

20. Володенко А.В., Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н. Передача субмиллиметрового излучения в полых сверхразмерных круглых волноводах // Вісник Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна. - 2004, № 646, вып.2. - C.16-20.

21. Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Ткаченко В.М., Топков А.Н. Распространение субмиллиметровых лазерных пучков в полых волноводах // Квантовая электроника. - 2005. - Т.35, № 2. - С.175-179. [Quantum Electronics. - 2005. - Vol.35, № 2. - P.175-179].

22. Володенко А.В., Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н. Передача и самоизображение субмиллиметровых лазерных пучков в металлических прямоугольных волноводах // Квантовая электроника. - 2006. - Т.36, № 2. - С. 149-153. [Quantum Electronics. - 2006 - Vol.36, № 2. - P. 149-153].

23. Володенко А.В., Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н. Формирование однородного поля в волноводном квазиоптическом резонаторе со сферическим выпуклым отражателем // Радиофизика и электроника. Cб. научных трудов. Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2006. - Т.11, № 3. - С.348-352. [Telecommunications and Radio Engineering. - 2007. - Vol.66, № 11. - P.1013-1021].

24. Володенко А.В., Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н. Волноводный субмиллиметровый лазер с однородным выходным пучком // Квантовая электроника. - 2007. - Т.37, № 1. - С.63-68. [Quantum Electronics. - 2007. - Vol.37, № 1. - P.63-68].

25. Гурин О.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н. Получение пучка с равномерным распределением интенсивности в активном резонаторе волноводного CO₂-лазера // Радиофизика и электроника. Cб. научных трудов. Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2007. - Т.12, № 1. - С.250-254.

26. Володенко А.В., Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н. Селективное возбуждение высших типов колебаний в волноводном квазиоптическом резонаторе // Вісник Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна. - 2007, № 756, вып.11. - C.123-131.

27. Володенко А.В., Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Топков А.Н. Формирование негауссового профиля интенсивности в волноводном квазиоптическом резонаторе с асферическим отражателем // Квантовая электроника. - 2007. - Т.37, № 11. - С.1065-1070. [Quantum Electronics. - 2007. - Vol.37, № 11. - P.1065-1070].

Патенти на винахід:

28. Патент Российской Федерации, МКИ H 01 S 3/08 /В.А.Епишин, В.А.Маслов, И.М.Милитинский, Д.Н.Юндев. Резонатор. № 2025006. Заявл. 21.06.91; Опубл. 15.12.94, Бюл. № 23. - 1с.

В матеріалах конференцій:

29. Епишин В.А., Маслов В.А., Федотов А.Б. Устройства на основе волноводов вида канал в диэлектрике. Тез.докл. 44 Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио, М., Радио и связь, 1989. - Ч.1. - С.12-13.

30. Епишин В.А., Маслов В.А., Рябых В.Н. Формирование пучков излучения с плоским профилем распределения интенсивности. Тез. докл. 6 Всес. конф. "Оптика лазеров", Ленинград, 2-7 марта 1990 г., Л., ГОИ, 1990. - С.426.

31. Епишин В.А., Маслов В.А., Рябых В.Н., Свич В.А., Топков А.Н. Формирование, самоизображение и компенсация искажений распределения поля при помощи волноводов вида канал в диэлектрике. Тез. докл. 1 Укр. симп. "Физика и техника ММ и субММ радиоволн", Харьков, 15-17 октября 1991г., Х., 1991. - С.260-261.

32. Епишин В.А., Маслов В.А., Милитинский И.М. Фурье-мода несимметричного квазиоптического резонатора с равномерным амплитудным распределением. Тез. докл. 1 Укр. симп. "Физика и техника ММ и субММ радиоволн", Харьков, 15-17 октября 1991г., Х., 1991. - С.274-275.

33. Berezhnyi V.I., Kononenko V.I., Pavlichenko O.S, Epishin V.A., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Multichannel FIR interferometers for electron density measurements of the Uragan-2M stellarator. Programme abstracts Eighth International Workshop on Stellarators, IAEA TC Meeting, Kharkov, 27-31 May 1991, Kharkov, 1991. -P.413-416.

34. Маслов В.А., Свич В.А., Ткаченко В.М., Топков А.Н., Юндев Д.Н. Компактный широкодиапазонный субмиллиметровый лазер. Тез. докл.VI Совещания по диагностике высокотемпературной плазмы, С.-Петербург, 26 мая-1июня 1993г., М., ТРИНИТИ, 1993. - С.21.

35. Маслов В.А., Милитинский И.М., Свич В.А., Ткаченко В.М., Топков А.Н. Обнаружение Фурье-моды открытого резонатора с большим модовым объемом и однородным выходным пучком. Тез. докл. 7 конф. "Оптика лазеров". С.-Петербург, 21-25 июня 1993г., С.-П., ГОИ, 1993. - Т.1. - С.288.

36. Epishin V.A., Maslov V.A., Tkachenko V.M., Topkov A.N., Yundev D.N. A compact far infrared laser system. CLEO'94 USA, Technical Digest Series Conference Edition, Optical Society of America, 1994. - Vol.8. - P.348-349.

37. Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Tkachenko V.M., Topkov A.N. Submillimeter resonators on the base of circular metallic waveguide. Proceedings of International Simposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves", Kharkov, June 7-10 1994, IRE of NAS Ukraine, Kharkov, 1994. - Vol.3, P.498-499.

38. Epishin V.A., Maslov V.A., Militinskiy I.M., Svich V.A.,Topkov A.N. Fourier-mode of open resonator with uniform amplitude on one of the reflectors. Conference on laser and electrooptics, Anaheim, California, USA, June 2-7, 1996, Technical Digest Series, 1996. - Vol.9. - P.162.

39. Epishin V.A., Maslov V.A., Militinskiy I.M., Svich V.A., Topkov A.N. Modified grating resonator with uniform output beam. Conference on laser and electrooptics/ Europe, Hamburg, Germany, 8-13 Sept.1996, Technical Digest Series, 1996.-Vol.2. -P.168.

40. Svich V.A., Tkachenko V.M., Topkov A.N., Maslov V.A., Militinskiy I.M. Wide-range system of turning mirrors fot the waveguide laser resonators. Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves", Kharkov, September 15-17 1998, Kharkov, 1998. -Vol.2. - P.601-603.

41. Tkachenko V.M., Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Mode selection in laser resonators containing waveguide and open sections. Proceedings of 2nd International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, Kharkiv, 23-25 May 2000, Kharkiv, 2000. - P.26-31.

42. Gurin O.V., Fursova E.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Undistorted transmission of the radiation beams in the form of the sombrero and the super-gaussian functions along hollow-core dielectric waveguides. Proceedings of 3^nd International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, Kharkiv, 22-24 May 2001, Kharkiv, 2001. - P.93-96.

43. Gurin O.V., Fursova E.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Waveguide quasi-optical resonator for shaping uniform field. Proceedings of 4^nd International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, Kharkiv, 3-5 June 2002, Kharkiv, 2002. - P.34-40.

44. Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Tkachenko V.M., Topkov A.N. Quasioptical laser resonator on the basis of a metall waveguide with coupling holes in mirrors. Proceedings of 4^nd International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, Kharkiv, 3-5 June 2002, Kharkiv, 2002. - P.72-77.

45. Gurin O.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Waveguide cw CO₂-laser with a uniform output beam. Proceedings of 1^st International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers, Alushta 16-20 September 2003, Alushta, 2003. - Vol.1. -P.140-144.

46. Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Tkachenko V.M., Topkov A.N. Waveguide submillimeter laser with mode selector. Proceedings of 5^th International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, Alushta, 19-20 September 2003, Alushta. - 2003. - P.65-68.

47. Давидов І.В., Маслов В.О., Свіч В.А. Формування однорідного поля у хвилевідному квазіоптичному резонаторі зі сферичним відбивачем. Матеріали Міжнародної наукової конференції "Каразінські природознавчі студії ", Харків, 14-16 червня 2004 р., Харків, 2004. - С.159-161.

48. Володенко О.В., Дегтярьов А.В., Маслов В.О., Свіч В.А. Передача субміліметрових лазерних пучків у порожнистих хвилеводах. Матеріали Міжнародної наукової конференції "Каразінські природознавчі студії ", Харків, 14-16 червня 2004 р., Харків, 2004. - С.156-158.

49. Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Tkachenko V.M., Topkov A.N. Transmission of laser beams through hollow metal waveguides. Proceedings of the 5^th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves, Kharkov, June 21-26 2004, Kharkov, 2004. -Vol.2. - P.692-694.

50. Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Transmission of submillimeter laser beams through metal rectangular waveguides. Proceedings of 6^th International Conference on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, Kharkov, 6-9 September 2004, Kharkov, 2004. - P.89-94.

51. Гурин О.В., Дегтярев А.В., Маслов В.А., Свич В.А., Ткаченко В.М., Топков А.Н. Передача субмиллиметровых лазерных пучков в полых сверхразмерных волноводах. Материалы 14 Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные системы", Севастополь, 13-17 сентября 2004 г., Севастополь, 2004. - С.420-421.

52. Volodenko A.V., Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N., Ruban T.F. Propagation of submillimeter laser beams along hollow oversized waveguides. Proceedings of 2^nd International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers, Yalta, 12-17 September 2005, Yalta, 2005. - Vol.1. - P.210-217.

53. Volodenko A.V., Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Formation of the uniform field in the waveguide quasi-optical resonator with the spherical convex reflector. Proceedings of 8^th International Conference on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, Kharkov 29 June-1 July 2006, Kharkov, 2006. - P.206-211.

54. Volodenko A.V., Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Waveguide quasi-optical resonator with the spherical convex reflector for formation of the uniform output beam. Proceedings of 6 International Simposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves and Workshop on Terahertz Technologies, Kharkov, June 25-30 2007, Kharkov, IRE of NAS Ukraine, 2007. - Vol.1. - P.213-215.

55. Volodenko A.V., Gurin O.V., Degtyarev A.V., Maslov V.A., Svich V.A., Topkov A.N. Selective excitation of the high-order modes in the waveguide quasi-optical resonator. Proceedings of 6 International Simposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves and Workshop on Terahertz Technologies, Kharkov, June 25-30 2007, Kharkov, IRE of NAS Ukraine, 2007. -Vol.1. - P.216-218.

АНОТАЦІЯ

Маслов В.О. Формування і селекція поперечних мод у лазерних резонаторах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 - радіофізика. - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2008.

Дисертацію присвячено розробці методів формування і селекції поперечних мод у лазерних резонаторах для створення одномодових лазерів з керованими характеристиками вихідного випромінювання. Новий метод просторової фур'є-фільтрації мод у в відкритих квазіоптичних резонаторах для забезпечення одномодового режиму збудження типу коливань із заданим розподілом поля на одному з відбивачів або в заданій площині поза резонатором запропоновано і реалізовано в експериментальних зразках СО₂-лазерів на основі узагальнених конфокальних резонаторах з неоднорідними дзеркалами. Установлено нові особливості поширення і відновлення пучків лазерного випромінювання у надрозмірних порожнистих хвилеводах. Запропоновано нові методи формування хвильового пучка заданого профілю випромінювання у хвилевідному діелектричному резонаторі при використанні фур'є-перетворювача і просторового фільтра на одному із дзеркал, а також за рахунок корекції фази основної моди резонатора зміною форми одного з відбивачів. Запропоновано нові методи селекції поперечних мод у хвилевідних резонаторах з використанням діафрагми, ділянки вільного простору і неоднорідного дзеркала.

Ключові слова: формування лазерного пучка, селекція поперечних мод, фур'є-фільтрація, узагальнений конфокальний резонатор, неоднорідне дзеркало, надрозмірний хвилевід, відновлення випромінювання, хвилевідний резонатор. одномодовий лазер випромінювання конфокальний

АННОТАЦИЯ

Маслов В.А. Формирование и селекция поперечных мод в лазерных резонаторах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.03 - радиофизика. - Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, 2008.

В диссертационной работе проведены комплексные теоретические и экспериментальные исследования физических процессов распространения и преобразования волновых пучков в открытых и волноводных лазерных резонансных системах, выполненные с целью разработки новых методов формирования и селекции поперечных мод в лазерных резонаторах, предназначенных для создания одномодовых квантовых генераторов с заданным пространственным профилем выходного излучения. При выполнении работы был разработан новый метод пространственной фурье-фильтрации мод в открытых квазиоптических резонаторах для обеспечения одномодового режима возбуждения типа колебаний с заданным распределением поля на одном из отражателей или в заданной плоскости вне резонатора, основанный на выполнении одного из отражателей с дискретно расположенными поглощающими или рассеивающими неоднородностями, расположенными в областях координат, в которых обращается в нуль фурье-преобразование функции, характеризующей заданное распределение поля.

Теоретически показано и экспериментально подтверждено существование моды с квазиоднородным выходным пучком излучения в созданных экспериментальных образцах СО₂-лазеров на основе обобщенных конфокальных резонаторах с амплитудно-ступенчатым и фазоступенчатым зеркалами и показана устойчивость модовых характеристик лазеров к изменению геометрии резонаторов и пространственных фильтров.

Используя представление входного поля в виде спектра распространяющихся мод или лучевых трубок, лежащих в меридиональных плоскостях волновода и пересекающихся только на его оси, c учетом интерференции падающего и отраженных от стенок волновода лучей и явлений дифракции на входе волновода развиты модовая и геометрооптическая методики для расчета энергетических характеристик лазерного излучения в волноводных линиях передачи. Найдены условия оптимального возбуждения, поляризационной устойчивости и неискаженной передачи в полых волноводах волновых пучков лазерного излучения с неоднородным поперечным распределением поля и различным уровнем кривизны волнового фронта. Впервые предложен и экспериментально подтвержден метод обеспечения одномодового режима возбуждения типа колебаний с заданным квазиоднородным распределением поля в волно-водных квазиоптических резонаторах с пространственным фильтром на одном из зеркал с ис-пользованием свойств самоизображения поля многомодового волновода и внутрирезонаторного фурье-преобразователя. Теоретически показано и экспериментально подтверждено существование моды с квазиоднородным выходным пучком в созданных образцах СО₂- и СММ лазеров на основе волноводных квазиоптических резонаторов с амплитудно-ступенчатым зеркалом и показана ус-тойчивость модовых характеристик лазеров к изменению геометрии резонаторов и простран-ственных фильтров.