В книге изложены основы теории оптических резонаторов и рассмотрены факторы, определяющие расходимость лазерного излучения. Основное внимание уделено проблеме получения узконаправленного излучения; приведены сведения о различных методах уменьшения угловой расходимости. Наиболее подробно рассмотрены свойства лазеров с так называемыми неустойчивыми резонаторами, изложены методы их расчетов и оптимизации; обсуждаются особенности схем, используемых в различных лазерных устройствах. В книге также приведены некоторые сведения о причинах возникновения и характере оптических неоднородностей в активной среде, а также о методах, позволяющих уменьшить влияние этих неоднородностей.
Рис. Ш.Таблиц 3. Библ. назв. 343.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............... 6
Введение. Развитие представлений об оптическом резонаторе как
устройстве для формирования узконаправленного излучения 9
Глава 1. Общие сведения............19
§ 1.1. Законы распространения световых пучков и угловая расходимость излучения.............19
Принцип Гюйгенса — Френеля (19). Распределение в дальней зоне (22). Идеальный излучатель (24). Произвольный монохроматический излучатель (28). Немонохроматический излучатель (35). Некоторые выводы. Измерение расходимости (36).
§ 1.2. Оптические резонаторы и их классификация.....38
Начальные сведения. Немного истории (38). Прохождение световых пучков через оптические системы. Лучевая матрица (41). Классификация резонаторов по свойствам их лучевых матриц (46). Условия эквивалентности резонаторов (52).
§ 1.3. Типы колебаний пустого идеального резонатора и их применение для описания лазерной ситуации.......55
Классификация собственных колебаний (55). Интегральное уравнение и собственные колебания произвольного пустого резонатора (59). Резонатор с активным слоем (61). О пригодности стандартной модели открытого резонатора для описания реальных лазеров (64).
§ 1.4. Эффективность преобразования энергии возбуждения в лазерных резонаторах.............66
Эффективность преобразования энергии в элементарном объеме среды (67). Учет неравномерности распределения лазерного излучения по длине резонатора (70). Общий баланс энергии возбуждения и излучения генерации (73). О смысле и возможностях применения выведенных соотношений (76).
Глава 2. Расходимость излучения лазеров с устойчивыми и плоскими резонаторами.............80
§ 2.1. Типы колебаний пустых устойчивых резонаторов .... 80 Собственные функции и частоты устойчивого резонатора с бесконечными зеркалами (80). Пространственная структура собственных колебаний (83). Устойчивые резонаторы с зеркалами конечных размеров (88).
§ 2.2. Краевая дифракция и типы колебаний пустого плоского резонатора ................92
Вспомогательная задача дифракции (92). Отражение от открытого края волновода. Собственные колебания резонатора из плоских полосовых или прямоугольных зеркал (97). Плоский
резонатор из круглых зеркал (102). Поляризация излучения собственных типов колебаний (104).
§ 2.3. Некоторые результаты экспериментальных исследований . . 106 Ранние наблюдения генерации твердотельных лазеров (107). Расходимость излучения твердотельных лазеров (109).
§ 2.4 Многомодовая генерация в идеальных резонаторах . . . 112 О механизме мпогомодовой генерации (112). Методика и некоторые результаты расчетов многомодового режима генерации (116). Конкуренция поперечных мод в лазерах с плоскими резонаторами (119). О недостатках модели и возможностях ее уточнения (122).
§ 2.5. Влияние деформаций резонатора на конфигурацию полей отдельных типов колебаний...........124
Некоторые общие замечания. Теория возмущений (124). Плоские резонаторы с небольшими аберрациями (128). Плоские резонаторы с аберрациями значительной величины (131).
§ 2.6. Приемы угловой селекции излучения.......135
Попытки решения проблемы расходимости на базе резонаторов с малыми дифракционными потерями (135). Лазеры с плоскими резонаторами и угловыми селекторами (138). Угловая селекция излучения лазеров с плоскими резонаторами путем уменьшения числа зон Френеля (143). Плоские резонаторы большой эффективной длины (146). Многокаскадные лазерные устройства (149).
Глава 3. Элементы теории неустойчивых резонаторов . . . . 152
§ 3.1. Некоторые начальные сведения.........152
Краткая историческая справка (152). Элементарное рассмотрение идеального неустойчивого резонатора (154). Свойства сходящихся волн (159).
§ 3.2. Резонаторы со слабонеоднородной средой......163
Простейший метод учета неоднородностей среды (164). Аберрационные коэффициенты (166). Некоторые замечания по поводу возможностей оптико-геометрического приближения (169).
§ 3.3. Краевые эффекты и спектр собственных колебаний . . . 172 Эквивалентность неустойчивых резонаторов и взаимосвязь решений для различных их типов (172). Неустойчивые резонаторы с полностью «сглаженным» краем (174). Неустойчивые резонаторы с резким краем (177). Специфика краевых эффектов в реальных условиях (181).
§ 3.4. Неустойчивые резонаторы с центральным отверстием связи . . 188 Исходные посылки. Имеющие каустику колебания двумерного резонатора (188). Двумерный резонатор с центральным отверстием (192). Трехмерный резонатор с отверстием связи. Обсуждение результатов (195).
§ 3.5. Некоторые свойства многозеркальных и призменных неустойчивых резонаторов.............199
Проблема однонаправленного режима генерации (199). Стабилизация направления излучения в призменных резонаторах (205).
§ 3.6. Неустойчивые резонаторы с вращением поля.....210
Операция поворота сечения и поляризационные характеристики излучения (210). Аберрационные характеристики неустойчивых резонаторов с вращением поля (213). Резонаторы с компактной выходной апертурой (216).
Глава 4. Применения неустойчивых резонаторов.....220
§ 4.1. Неустойчивые резонаторы в импульсных лазерах со свободной
генерацией...............220
Выбор типа и параметров резонатора (220). Результаты экспериментов с лазерами на неодимовом стекле (227). Газовые импульсные лазеры с неустойчивыми резонаторами. Проблема установления колебаний (234).
§ 4.2. Неустойчивые резонаторы в непрерывных лазерах .... 238 Обзор экспериментальных работ (238). Методы расчета эффективности проточных лазеров (240). Простейшая модель среды ГДЛ. Методика и результаты энергетических расчетов ГДЛ с двузеркальным резонатором (245). Проблема формирования равномерного распределения поля по сечению резонатора проточного лазера (251).
§ 4.3. Неустойчивые резонаторы в лазерах с управляемыми спектраль-
но-временными характеристиками излучения ..... 254 Простейшие типы генераторов с управляющими элементами (254). Генераторы с трехзеркальным резонатором (257). Генераторы, управляемые внешним сигналом (260). Многопроходовые усилители (264).
Глава 5. Оптическая неоднородность активных сред в методы кор-
рекции волновых фронтов ..... ...... 268
§ 5.1. Термические деформации резонаторов твердотельных лазеров 269 Происхождение и величина термических аберраций при круглых активных стержнях (269). Последствия аберраций и попытки их коррекции (274). Различные методы уменьшения деформаций резонатора (278). Лазеры на активных элементах вытянутого прямоугольного сечения (281).
§ 5.2. Фазовая коррекция волновых фронтов. Динамическая гологра-
фия и вынужденное рассеяние ......... 285
Оптико-механические системы коррекции (285). Принципы го-лографической коррекции (288). Условия реализации процесса голографической «перекачки» и его энергетическая эффективность. «Перекачка» на тепловых решетках (292). Связь идеи динамической голографии с явлениями вынужденного рассеяния. Лазеры на различных видах вынужденного рассеяния
§ 5.3. Метод «обращения» (волнового фронта . . ..... 301
Идея и принципиальные возможности метода (301). «Обращение» при вынужденном рассеянии назад (305) . «Обращение» методами классической оптики и голографии (308). «Обращение» при параметрическом усилении света (311).
Литература ............... 314
Цена: 300руб.
