Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Квантовая электроника

Диссертационная работа:

Алексеев Владимир Николаевич. Формирование и наведение лазерных пучков с помощью внутрирезонаторных пространственно-временных модуляторов света : диссертация ... доктора технических наук : 05.27.03 / Алексеев Владимир Николаевич; [Место защиты: ФГУП Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем].- г. Сосновый Бор, 2009.- 288 с.: ил. РГБ ОД, 71 09-5/445

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Перечень условных обозначений 5

Введение б

Глава 1. ФОРМИРОВАНИЕ ПУЧКОВ В МОЩНЫХ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМАХ И МИ
НИМИЗАЦИЯ ИХ УГЛОВОЙ РАСХОДИМОСТИ 22

1.1 Формирование пучков в мощных лазерных системах 23

  1. Формирование пучков с высоким коэффициентом заполнения 39

  2. Экспериментальное исследование пространственной фильтрации излучения 43

  3. Исследование ограничения яркости выходного пучка в лазере с периодической пространственной фильтрацией и оконечными дисковыми каскадами' 50

  1. Исследование деполяризации выходного пучка усилителя на неодимовом стекле при мелкомасштабной самофокусировке 56

  2. Исследование возможностей повышения мощности и эффективности лазерных усилителей на неодимовом стекле с оконечными дисковыми каскадами... 61

1.2. Повышение направленности излучения лазерных систем 71

  1. Исследование ОВФ сканирующего в пространстве пучка 74

  2. Исследование ОВФ в мощной лазерной системе с оконечными ДУ 80

1.3 Наведение лазерного излучения с помощью внутрирезонаторных пространствен
ных модуляторов света 82

Выводы 86

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ НАВЕДЕНИЯ ПУЧКА МОЩНОЙ ЛАЗЕР
НОЙ СИСТЕМЫ НА НЕОДИМОВОМ СТЕКЛЕ С ПОМОЩЬЮ ПРОСТРАНСТВЕН
НОГО МОДУЛЯТОРА СВЕТА ТИПА PROM 90

  1. Факторы, определяющие точность наведения пучка с помощью ПВМС и ОВФ 91

  2. Лазерная система 92

  3. Методика исследования точности наведения пучка 103

  4. Результаты экспериментов 108

Выводы 109

Глава 3. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ МОДУЛЯТОРЫ СВЕТА НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРО
ОПТИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ НО

  1. Свойства электрооптической керамики ЦТСЛ 111

  2. Исследование электрооптических характеристик образцов различного состава ... 116

  3. Исследование лучевой прочности керамики 123

  4. Конструктивные особенности модуляторов и распределение электрических по-

  5. Принципы управления работой электроуправляемых пластин 134

  6. Исследование оптического контраста модуляторов 135

Выводы 140

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ НА АИГ:Ш3+ С ВНУТРИ
РЕЗОНАТОРНЫМ НАВЕДЕНИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ 142

  1. Резонатор лазера с двухкоординатным сканированием излучения 143

  2. Исследование характеристик излучения лазера в импульсном, импульсно-периодическом и пакетно-импульсном режиме работы 145

  3. Исследование возможности стабилизация импульсов в пакетном режиме с помощью отрицательной обратной связи 149

  4. Исследование характеристик излучения твердотельного лазера с непрерывной накачкой с внутрирезонаторным ПВМС 151

  5. Лазерный резонатор с лучевой разгрузкой ПВМС ". 158

  6. Исследование характеристик лазера с диодной накачкой и частотой следования

импульсов до 400 Гц 163

Выводы 171

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМ С ВНУТРИРЕЗОНАТОРНЫМ НА
ВЕДЕНИЕМ 173

  1. Лазерная система на АИГ:Ш3+ с ОВФ излучения 174

  2. Преимущества лазерных локаторов на основе лазеров с внутрирезонаторным наведением излучения 180

  3. Лазер на неодимовом стекле с выходной энергией килоджоулевого уровня 189

  4. Лазерный резонатор с матрично адресуемым ПВМС 198

Выводы 205

Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОГО УПРАВЛЕ
НИЯ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ЛАЗЕРОВ НА ДРУГИХ СРЕДАХ 207

  1. Лазер на парах меди с внутрирезонаторным ПВМС 208

  2. Исследование возможности управления диаграммой направленности химического электроразрядного DF лазера 212

  1. Предварительные исследования DF лазера 212

  2. Разработка элементной базы лазера 216

  3. Схемы резонаторов и результаты исследования однокоординатного сканирования лазера 222

6.2.4 Проработка возможных схем и исследование двухкоординатного сканирования
излучения DF лазера 226

Выводы 235

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 237

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 246

ПРИЛОЖЕНИЯ 266

1. История и свойства сегнетоэлектриков 266

2.Свойства прозрачной сегнетоэлектрической керамики 270

  1. Объемный материал 270

  2. Пленки ЦТСЛ 276

  3. Применение 278

3. Особенности юстировки сопряженного лазерного резонатора 279

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ

ВРМБ

ВРМБ - зеркало

ДУ жк

км лпм лтс лс

пвмс

PROM

пнв пзс

ЦТСЛ

эок эоп

аподизирующая апертура вакуумный пространственный фильтр вынужденное рассеяние Мандельштама- Бриллюэна

зеркало на основе вынужденного рассеяния Манделынтама-

Бриллюэна

дисковый усилитель

жидко кристаллический

задающий генератор

космический аппарат

космический мусор

лазер на парах меди

лазерный термоядерный синтез

лазерная система

мелкомасштабная самофокусировка

обращение волнового фронта

пространственно-временной модулятор света

аббревиатура "Pockets readout optical modulator"

прибор ночного видения

Прибор с зарядовой связью

предварительный усилитель

пространственный фильтр, пространственная фильтрация

радиолокатор

усилительный каскад

усилительный тракт

фотоприемное устройство

поликристалл окислов цирконата-титаната свинца Pb(Zr, Ті)03, легированный лантаном электрооптическая керамика

электронно-оптический преобразователь

Введение к работе:

Актуальность работы

Импульсные лазеры высокой мощности нашли многочисленные применения различных областях науки и техники. Одним из основных применений являет-я использование их для исследований в области взаимодействия излучения с еществом, в частности в области лазерного термоядерного синтеза (ЛТС) при пительностях импульса 0.1...310"9 с. Лазеры сочетают большую мощность изучения и его высокую направленность. Это позволяет при фокусировке лазер-ого излучения на мишень получать большие концентрации энергии и огромные корости тепловыделения в малых объемах вещества. На возможность получе-ия высокотемпературной плазмы при взаимодействии сфокусированного излу-ения с веществом впервые было указано Н.Г. Басовым и О.Н. Крохиным1. Раз-итие этой идеи в течение последующего времени стимулировали теоретические экспериментальные исследования в области создания мощных лазерных сис-ем вплоть до наших дней. При проведении исследований экспериментаторам іришлось столкнуться с линейными и нелинейными эффектами, которые огра-ичивают мощность лазерных систем, в первую очередь лазеров на неодимовом текле, характеристики которых наиболее полно отвечают всем требованиям, еобходимым для проведения работ по ЛТС. Это и разрушения покрытий опти-еских элементов в пиках интенсивности модуляций пучка, возникающие в ос-овном из-за дифракции излучения на входной диафрагме и других апертурах азера. Это и нелинейный эффект мелкомасштабной самофокусировки излуче-ия, приводящий к появлению ореола вокруг основного пучка, в который пере-ачивается большая доля энергия основного пучка, а внутри оптических элемен-ов лазера появляются нитевидные повреждения. На неустойчивость плоской лектромагнитной волны при распространении в нелинейной среде и ее распад а мелкие фрагменты и их самофокусировку впервые указали В.И.Беспалов и "і.И.Таланов .

В целом ряде лабораторий в мире разрабатывались и исследовались методы подавления этих нежелательных явлений, такие как аподизация пучка для подавления дифракции Френеля, ретрансляция действительного изображения апо-дизирующей диафрагмы в усилительном канале для получения пучков с высоким коэффициентом заполнения. Нерегулярные возмущения пучка, вызванные дефектами оптических элементов, было предложено подавлять с помощью пространственной фильтрации пучка. Повышение энергии и мощности лазерного излучения потребовало разработки выходных каскадов лазеров имеющих большую световую апертуру, в частности дисковых усилителей (ДУ).

1.Басов Н.Г., Крохин О.Н. Условия разогрева плазмы излучением оптического генератора. ЖЭТФ,1964,46.с.171-175.

2. Беспалов В.И., Таланов В.И. О нитевидной структуре пучков света в нелинейных жидкостях. "Пис. вЖЭТФ", 3, 1966, с.471-476.

Исследования показали, что отличающиеся оптические схемы лазеров, раз линия в используемых усилительных каскадах и длительностях импульсов ні позволяют в полной мере использовать результаты, полученные на других лазерных установках при проектировании новой установки. Действительно, для различных длительностей и марок стекол по-разному на ограничения яркости канала сказывается насыщение усиления. Коэффициенты передачи наиболее усиливаемых пространственных частот могут иметь большие отличия, что является определяющим при выборе полосы пропускания пространственных фильтров. Поэтому необходима предварительная экспериментальная отработка лазерного канала.

За последние годы расширились области применения лазеров. Они требуют не только высокоэнергетических пучков наносекундного диапазона длительностей импульсов с угловой расходимостью близкой к дифракционной, но и точного наведения пучков на объекты. Актуальными становятся такие задачи как передача энергии с помощью лазерного пучка на большие расстояния, дальняя лазерная локация и связь, обеспечение энергией ракетных и электрореактивных двигателей, воздействие на удаленные объекты (например, "космический мусор") с помощью возникающей плазмы. Точное и быстрое перенацеливание лазерного пучка весьма актуально в технологических процессах обработки изделий в промышленности, при лазерной маркировке изделий, в различных военных применениях.

В настоящее время прослеживается тенденция к развитию информационных лазерных систем с активной подсветкой пространства в области объекта, при расходимости лазерного излучения близкой к дифракционной, так как для подсветки или получения изображения объекта не требуется посылки мощного излучения для подсветки всего поля зрения приемной системы. Такие системы могут быть использованы как для получения координат объектов и траекторий их движения, так и для получения лазерных изображений объектов. Причем чем меньше угловой размер объекта и чем выше угловая скорость его движения, тем все более точные и быстродействующие системы управления лазерным пучком необходимо использовать.

Существует большое количество устройств управления лазерным пучком в пространстве. Это оптико-механические устройства, в основу которых положены механические перемещения в пространстве преломляющих и отражающих элементов, дефлекторы на основе электрооптических и магнитооптических эффектов в твердых и жидких средах, магнитострикционные дефлекторы, дефлекторы на основе обратного пьезоэффекта и взаимодействия световых и акустических волн и т.д. В настоящее время наиболее проработаны конструкции устройств на основе механических перемещений оптических элементов в пространстве. Они еще не исчерпали своих возможностей, но имеют ряд недостатков, связанных как с недостаточной точностью механических приводов, так и с их инерционностью. Недостатки существующих дефлекторов заставляют искать новые возможности управления лазерным пучком.

Перспективным способом управления пучком в пространстве может стать сравнительно недавно появившийся метод внутрирезонаторного управления диа-

аммой направленности лазерного излучения с помощью пространственно-ременных модуляторов света (ПВМС). Традиционные методы осуществляют аведение лазерного пучка вне лазерного резонатора. При внутрирезонаторном правлении сам резонатор лазера с помощью ПВМС формирует направление злучения на объект. Достоинством метода является отсутствие подвижных оп-ико-механических элементов. Быстрота наведения зависит только от быстро-ействия ПВМС.

Впервые использование ПВМС в сопряженном резонаторе3 предложено и еализовано в работе Myers R.A и Pole R.V4. ПВМС на основе электрооптическо-о кристалла KDP управлялся с помощью электронного пучка. В работах Влади-іирова Ф.Л. с сотр. и Корнева А.Ф. с сотр.5'6 впервые использовался в сопряжен-ом резонаторе светоуправляемый ПВМС. В работах Данилова В.В.с сотр.7"8 сследовалась возможность использования ЖК модуляторов в лазерах среднего IK-диапазона. На макете модулятора получено сканирование излучения СОг азера с мощностью 0.1 Вт при частоте 100 Гц. В нашей работе [22] в лазере ис-ользован ПВМС типа PROM. Недостатками первого4 ПВМС является сложная истема управления электронным пучком и необходимость сложной системы хлаждения кристалла. Жидкокристаллические модуляторы и ПВМС типа ROM имеют невысокую лучевую прочность (~ 0.1 Дж/см2). Их быстродействие граничено временами, превышающими несколько сотен микросекунд.

В связи с вышесказанным, представленные в рамках настоящей работы ре-ультаты исследований в области формирования мощных лазерных пучков, ре-ультаты исследований по минимизации угловой расходимости мощных лазеров

разработка нового внутрирезонаторного ПВМС, несомненно, являются акту-лъными.

Цель диссертационной работы.

Целью работы является разработка и исследования методов увеличения мощности лазерных пучков, уменьшения их угловой расходимости до близкой к ифракционной и средств их точного наведения с помощью внутрирезонаторных ПВМС.

3. Pole R.V., Conjugate - concentric laser resonator J. Opt. Soc. Amer., 55, 254-260 (1965).

4 Myers R.A., Pole R.V., The electron beam scanlaser. Theoretical and operational studies. IBM J.

Res. Develop., U, 502-510 (1967).

  1. Владимиров Ф.Л., Грозное M.H., Еременко А.С. и др., Преобразование оптических сигналов в лазере с внутрирезонаторным жидкокристаллическим пространственным модулятором света. Квант, электроника, Ц, 2071-2076 (1985).

  2. Корнев А.Ф., Покровский В.П. Соме Л.Н. и др. Лазерные системы с внутренним сканированием. //Оптический журнал. -1994 - №1. - с. 10-25.

  3. Данилов В.В., Данилов О.Б., Жуковская Л.Д., Мак А.А.и др. Жидкокристаллический модулятор на 10.6 мкм. Квант, электроника, 12, 1985, с. 1690 - 1694.

  4. Адоменас П.В., Данилов В.В., Желваков А.П. и др. Внутрирезонаторное управление лазерным излучением с помощью модулятора на основе микрокапсулированных ЖК. ОМТЇ, 1991, №1,с.13-15.

  5. Багров И.В., Грязнов М.В., Данилов В.В. и др. Жидкокристаллические модуляторы как ла-зернооптические элементы для среднего ИК-диапазона. Опт. и спектр., 1999,87, №5, с. 853.

Для достижения поставленной цели основное внимание в работе сконцентрировано на решении следующих задач:

разработка схем лазеров на неодимовом стекле с оптической ретрансляцией действительного изображения входной апертуры в усилительном канале, периодической пространственной фильтрацией излучения и проведение экспериментальных исследований эффектов, ограничивающих мощность пучка;

разработка дисковых усилителей с апертурой до 15 см, исследование методов повышения их эффективности;

разработка лазерной системы на неодимовом стекле с обращением волнового фронта излучения (ОВФ), основанного на эффектах вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна (ВРМБ) в нелинейных средах, проведение экспериментальных исследований по минимизации расходимости пучка;

разработка лазерной системы на неодимовом стекле, диаграммой направленности которой управляет внутрирезонаторный ПВМС;

разработка методики исследования точности управления пучком, экспериментальное исследование точности управления;

анализ возможных схем построения лазерных систем с внутрирезонаторным управлением диаграммы направленности излучения;

- разработка внутрирезонаторного электроуправляемого ПВМС на основе
электрооптической керамики цирконата титаната свинца, легированного ланта
ном (ЦТСЛ);

разработка оптических схем резонаторов для реализации лазеров с электро-управляемыми ПВМС;

экспериментальная реализация лазеров на алюмоиттриевом гранате с внутрирезонаторным электроуправляемым ПВМС;

разработка схем и исследование лазерных систем с внутрирезонаторным управлением диаграммы направленности;

разработка и расчет оптической схемы и энергетических характеристик лазера на неодимовом стекле с энергией пучка 600-700 Дж в импульсе, направлением излучения которого управляет разработанный ПВМС;

проведение предварительных исследований и реализация внутрирезонаторного управления диаграммой направленности лазера на парах меди и нецепного электроразрядного DF-лазера.

Методология работы

Для повышения яркости излучения лазерных систем используется техника передачи изображения входной апертуры или выходного зрачка задающего генератора в усилительном тракте и периодическая пространственная фильтрация излучения, выходные ДУ. Расчет оптических систем производится методами матричной оптики. В качестве основного метода уменьшения угловой расходимости лазерных систем используется ОВФ излучения в нелинейных средах.

Управление диаграммой направленности пучков осуществляется с помощью светоуправляемого или электроуправляемого пространственных модуляторов. Исследование точности наведения лазерного излучения осуществляется подсветкой дальнопольными распределениями реперного и силового пучков сетки на фотокатоде электронно-оптического преобразователя в кадровом режиме работы. Оптические схемы с поляризационными, электрооптическими, фазовыми

лементами предварительно численного моделируются с помощью матриц Джонса.

Энергетические расчеты проводятся с учетом насыщения усиления при ис-юльзовании экспериментально полученных данных по величинам потоков на-ыщения.

Измерение пространственных, временных и поляризационных характери-тик лазерного излучения производится по стандартным общепринятым методизм. Юстировка лазерных систем производится на рабочей длине волны с помо-цью оптических приборов.

Научная новизна

1. Экспериментально исследованы методы формирования мощного лазерно-
о пучка в многокаскадных усилителях на неодимовом стекле. В несколько раз
ювышена мощность излучения за счет подавления мелкомасштабной самофоку-
ировки (МС). Обнаружено, что МС вызывает сильную деполяризацию лазерно-
о пучка. Показано, что при последующем усилении пучка после пространствен
ного фильтра (ПФ) самофокусировка возникает на пространственной частоте
пропускания ПФ. Экспериментально показано, что мощность пучка, сформиро
ванного жесткой диафрагмой установленной перед ПФ с широкой полосой про
пускания не ниже, чем в схеме с использованием аподизирующей апертуры.

  1. Разработаны дисковые усилители с апертурой до 15 см с эффективной поперечной системой накачки с коэффициентом усиления 0.05 см"1. С помощью разработанных поглощающих покрытий решена задача подавления паразитной генерации в активных элементах ДУ, ограничивающая коэффициент усиления на уровне -0.03 см"1. Измерением коэффициентов усиления слабого сигнала впервые экспериментально показано, что выбором формы импульса тока в лампах накачки можно на 15... 25% увеличить уровень запасенной энергии в активной среде лазера. На выходе мощной лазерной системы, в оптическую схему которой заложены ретрансляция входной апертуры, периодическая пространственная фильтрация и выходные ДУ получен выходной пучок мощностью до 300 ГВт без заметных потерь вследствие МС при т„ ~ 8-Ю'10 с.

  2. На выходе многокаскадной лазерной системы на неодимовом стекле с ретрансляцией изображения входной диафрагмы в усилительные каскады и на ВРМБ-зеркало, периодической ПФ излучения и выходного ДУ с помощью ОВФ излучения в нелинейных средах впервые получен лазерный пучок с энергией до 410 Дж при длительности импульса 25 не с расходимостью пучка близкой к дифракционной. Половина энергии пучка сосредоточена в дифракционном угловом растворе 4-Ю'5 радиан.

  3. Обнаружено, что при ОВФ сканирующего в пространстве пучка в дально-польной картине распределения интенсивности обращенного пучка возникают пространственные разрывы, в то время как временной ход отраженного излучения непрерывен во времени.

  4. Впервые проведены эксперименты по внутрирезонаторному управлению диаграммой направленности пучка мощного лазера на неодимовом стекле. Раз-

работана методика исследования точности наведения. Экспериментально показано, что ошибка наведения не превышает 0.3 от величины дифракционной расходимости пучка. Экспериментально установлено, что двукратное ОВФ пучка с диаметром 100 мм не может изменить его направление на величину, превышающую 0,1 от его дифракционной расходимости.

  1. Разработан внутрирезонаторный электроуправляемый ПВМС на основе электрооптической керамики ЦТСЛ, работающий в широком спектральном диапазоне длин волн, с временем электрооптического отклика почти на два порядка меньшим и с лучевой прочностью на два порядка большей, чем у используемых на практике пространственных модуляторов.

  2. Разработана оптическая схема лазерного резонатора для реализации двухкоординатного сканирования излучения. Впервые показана возможность адресации излучения с помощью разработанного ПВМС в любую заданную точку поля зрения в течение 3-4 мкс. Предложен и экспериментально исследован сопряженный резонатор, одна из линз которого цилиндрическая.

  3. С помощью разработанных модуляторов впервые реализовано внутрире-зонаторное управление диаграммой направленности лазера на парах меди (длины волн генерации 0.5106 мкм и 0.5782 мкм) и химического нецепного электроразрядного DF лазера (длины волны генерации 3.5 ... 4.1 мкм).

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Результаты экспериментальных исследований в области формирования мощных лазерных пучков, в несколько раз повысившие мощность излучения и позволившие создать высокоэнергетические многокаскадные лазерные системы на неодимовом стекле. Результаты экспериментального исследования обнаруженной деполяризации лазерного пучка при развитии МС излучения. Разработка ДУ с высокой эффективностью системы накачки. Экспериментальная демонстрация повышения эффективности лазерных усилителей за счет использования импульса накачки с нарастающей во времени интенсивностью и крутым срезом. Результаты экспериментального определения потоков насыщения в неодимовом стекле, позволяющие проводить энергетический расчет лазерных систем.

  2. Результаты экспериментального исследования ОВФ сканирующего в пространстве пучка, позволившие установить, что до возникновения новой гиперзвуковой голограммы в каустике пучка отражение излучения ВРМБ-зеркалом происходит в первоначальном направлении, после появления новой пшерзвуковой голограммы отражение происходит в двух направлениях, постепенно увеличиваясь в новом направлении.

  3. Методика и результаты исследования точности управления диаграммой направленности пучка мощной лазерной системы с ОВФ излучения с помощью ПВМС при расходимости выходного пучка близкой к дифракционной, показавшие, что ошибка его наведения не превышает 0.3 от его дифракционной расходимости.

  4. Быстродействующие внутрирезонаторные пространственные модуляторы света на основе электрооптической керамики ЦТСЛ с двухсторонними заглуб-

енными в материал подложки электродами, обладающие высокой лучевой рочностью (до 11 Дж/см2 для длительности импульса = 30 не), временем элек-рооптического отклика ~1 мке, с частотой переключения несколько кГц (в па-етном режиме работы до 100 кГц), прозрачные в спектральном диапазоне .5...6 мкм.

  1. Оптическая схема резонатора с внутрирезонаторным двухкоординатным канированием и результаты исследования характеристик его излучения, пока-авшие возможность адресации излучения в любую заданную точку поля зрения истемы в течение 3-4 мке и возможность формирования пакета импульсов в азных направлениях с частотой следования импульсов в пакете до 100 кГц. (Эпическая схема сопряженного лазерного резонатора с лучевой разгрузкой и уве-иченным съемом запасенной в активной среде энергии. Оптические схемы ре-онаторов с двухкоординатным управлением диаграммы направленности и уста-овкой пластин модуляторов у одного зеркала резонатора.

  2. Реализация резонаторов лазера на парах меди и DF лазера, показавшая, то при использовании ПВМС на основе ЦТСЛ керамики возможно внутрире-онаторное управление диаграммой направленности пучка для лазеров с длина-

и волн излучения в диапазоне от 0.5 до 4.1 мкм.

Практическая значимость

Использование результатов исследования методов формирования мощных азерных пучков позволило разработать лазерные системы с рекордными по овокупности параметров (мощность и угловая расходимость пучка) характери-тиками. Это шестиканальная лазерная установка "Прогресс", для проведения сследований в области ЛТС с суммарной мощностью пучков до 1,2 ТВт (т = 10"10 с), лазерная система с ОВФ с энергией пучка около 400 Дж (т ~ 25 не), 'ольше половины которой сосредоточено в угловом растворе, равном дифракци-нному углу для пучка с диаметром 100 мм, лазерная система с энергией до 800 ,ж для проведения исследований по ВРМБ компрессии импульса для задач ЛТС. Результаты исследований позволяют рассчитывать как усилительные каскады азеров, так и энергетические характеристики многокаскадных усилителей.

Результаты исследований ОВФ сканирующего в пространстве пучка могут быть использованы как для оценки скорости затухания гиперзвука в новых нелинейных средах, так и для формирования дальнопольных распределений пучка вытянутых на несколько дифракционных углов в заданном направлении.

Экспериментально показана возможность точного и быстрого наведения мощного лазерного пучка с помощью внутрирезонаторного ПВМС в заданную точку пространства в поле зрения лазерной системы. Это позволит решить задачу передачи энергии с помощью лазерного пучка на большие расстояния, на летательные аппараты на реактивной и электрореактивной тяге, обеспечить дальнюю космическую связь и локацию удаленных объектов.

Использование результатов работы позволит создать лазерные локаторы, обладающие качественно новыми характеристиками, такими, как возможность одновременного сопровождения нескольких объектов, находящихся в поле зрения, устранения влияния колебаний носителя на точность адресации излучения, включения пикселя модулятора, положение которого соответствует координате

упреждения. ПВМС локатора может быть оптически и через компьютер сопряжен с ПВМС высокоэнергетического лазера для оказания воздействия на объекты с помощью возникающей плазмы.

Внутрирезонаторное управление лучом позволило создать уникальный лазерный маркер изделий промышленности, который может дистанционно маркировать движущиеся на конвейере изделия, причем на каждом следующем изделии надпись может быть другой.

Задающий генератор мощной лазерной системы с внутрирезонаторным управлением диаграммы направленности излучения позволяет точно направлять лазерный пучок в заданную точку пространства и удерживать его на объекте. Причем во всех этих случаях могут отсутствовать подвижные оптико-механические элементы для наведения пучка.

Апробация работы и публикации

Результат работы докладывались на отечественных и международных конференциях: "Оптика лазеров" (Ленинград, 1979 г, 1981 г, 1983 г, 1989 г, 1993 г); Всесоюзной конференции "Теоретическая и прикладная оптика" (Ленинград, 1986 г); Всесоюзном совещании по нерезонансному взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград 1981, Вильнюс 1984 г); International Conference TFC'91 (Riga, 1991); Seventh European Meeting on Ferroelectricity (Dijon, France, 1991); CLEO/Europe'98 (Glasgow, Great Britain, September 13-18); XXVI European Conf. on Laser Interaction with Matter ("ECLIM 2000", Prague, 2000); 3 International Conference "Advanced optical materials and devices" ( Riga, Latvia, 2002); Совещании "Кремний - 2004" (Иркутск, 5-9 июля 2004); VI Всероссийской конференции "Проблемы создания лазерных систем" (г. Радужный 1-3 октября 2008 г). По материалам работы проведены семинары в ПИЯФ РАН (г. Гатчина) и НИТИ (г. Сосновый Бор). По результатам диссертации опубликовано 69 работ, в том числе 35 статей и 7 авторских свидетельств на изобретения СССР и патентов РФ. Диссертационная работа проводилась в рамках тематик НИР, выполняемых в НИИКИ ОЭП по заказам МОП СССР, Российского агентства по атомной энергии, МО РФ, Министерства промышленности и энергетики РФ.

Реализованы следующие научные результаты, полученные в диссертационной работе:

результаты исследований в области формирования мощных лазерных пучков и минимизации их угловой расходимости использованы при создании в НИИКИ ОЭП шестиканальной лазерной установки "Прогресс" для решения задач ЛТС, при создании лазерного адаптивного стенда "ЛАС", проекте №108 МНТЦ;

техническая документация на ДУ, результаты исследования ДУ и оптимизации схем мощных лазеров с оконечными ДУ внедрены в РФЯЦ-ВНИИТФ;

схема лазера с сопряженным резонатором и цилиндрическим объективом защищена патентом РФ и использована при создании в НИИКИ ОЭП лазерного маркера движущихся изделий;

схемотехника формирования расходимости излучения близкой к дифракционной в ЗГ с сопряженным резонатором и разработанные ПВМС с системой управления внедрены в ИЛФИ РФЯЦ ВНИИЭФ.

Личный вклад автора

Участие автора в получении научных результатов заключалось как в поста-овке большинства экспериментов, так и в личном участии в экспериментах, бработке и интерпретации их результатов. Автор разработал большинство оп-ических схем лазеров и лазерных систем, предложил методику исследования очности наведения. Лично провел эксперименты по исследованию возможности спользования ЦТСЛ внутри резонатора. Инициировал разработку технологии зготовления ПВМС на основе ЦТСЛ в НИИКИ ОЭП. Проанализировал воз-ожности установки пластин ПВМС у одного из зеркала резонатора. Показал ажность согласования размера пикселя ПВМС с диаметром внутрирезонаторной иафрагмы для получения угловой расходимости пучка близкой к дифракцион-ой. Большинство публикаций статей, патентов и докладов на конференциях одготовлены автором работы.

На разных этапах исследований в работе принимали творческое участие со-рудники института: Чернов В.Н., Дмитриев Д.И., Жилин А.Н., Решетников 1.И., Сиразетдинов B.C., Григорьев К.В., Котылев В.Н., Либер В.И., Ловчий [.Л.; сотрудники НИИ ФТТ Латвийского Университета: Э. Клотиньш и Ю. отлерис; сотрудник НИИЭФА Фомин В.М. Автор благодарен сотрудникам [ЛФ Маку А.А. и Сомсу Л.Н. за помощь в постановке отдельных исследований, LH. Розанову и его коллегам за создание программ расчета ДУ и коэффициен-ов передачи пространственных частот возмущений в канале. Автор благодарен иректору НИИ ФТТ А. Штернбергу за предоставление образцов ЦТСЛ различ-ого состава. Автор благодарен А.Д. Старикову и Н.И. Павлову за постоянный нтерес к работе и ее поддержку.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложе-ий, содержит 260 страниц машинописного текста, включает 129 рисунков, 8 аблиц, 191 ссылку на литературу. Во введении рассматривается актуальность, ель, и задачи диссертационной работы, научная новизна результатов, приводят-я положения, вынесенные на защиту, практическая ценность полученных ре-ультатов, апробация работы и публикации, личный вклад автора. Кратко описы-ается содержание работы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net