2013/2014 — Весенний семестр2013/2014 — Осенний семестр2012/2013 — Весенний семестр2012/2013 — Осенний семестр2011/2012 — Весенний семестр2011/2012 — Осенний семестр2010/2011 — Весенний семестр2010/2011 — Осенний семестр

Последнее обновление: 23 февраля 2011 в 10:34

2010/2011 — Весенний семестр

Лазеры, генерирующие сверхкороткие световые импульсы фемтосекундной длительности, получают все большее распространение в современной физике и технологиях. Использование таких лазеров раздвигает диапазон исследований в нелинейной физике сверхсильных световых полей, спектроскопии быстропротекающих процессов, в области передачи и обработки информации.

Одним из современных лазерных направлений является генерации сверхкоротких импульсов на основе лазерных систем с керровской синхронизацией мод. Достижения в этой области дают возможность исследования нелинейно-оптических свойств материалов в фемтосекундном временном диапазоне. Одним из наиболее известных явлений используемых в этой области является эффект Керра, обладающий характерными временами релаксации в области десятка фемтосекунд. При достижении высоких интенсивностей излучения, когда вклад в величину показателя преломления — добавки обусловленной зависимостью показателя преломления от интенсивности становится сравнимым с самой величиной показателя преломления, возможно построение лазерных систем с самовоздействием импульсов на основе керровской линзы, сдвига частоты в процессе самомодуляции или нелинейного изменения поляризации. В наиболее полной мере преимущества лазеров на основе керровской синхронизации мод (КСМ) проявляются при использовании в качестве активного элемента твердотельных сред с широкой полосой усиления, таких, как Al₂O₃:Ti³⁺, YAG:Cr⁴⁺ и других. Характерными особенностями таких лазеров являются в первую очередь сверхкороткие импульсы, длительность которых может быть сравнима с несколькими периодами колебаний поля; большая величина энергии в импульсе выходного излучения; перестраиваемая длина волны; малое количество внутрирезонаторных элементов; высокая стабильность параметров получаемых импульсов при оптимальной настройке системы и выборе активного элемента.

Целью данного курса ставится изучение физических процессов формирования и трансформации сверхкоротких лазерных импульсов в лазерных системах, основанных на активных средах способных усиливать в широком спектральном диапазоне. Рассматриваются основы построения перестраиваемых лазеров, различные режимы генерации.

Предпологается проведение экспериментального изучения режимов работы наиболее широко распространеных перстраиваемых лазеров: лазера на красителе, лазера с активной средой Ti³⁺:Al₂O₃ и накачкой аргоновым лазером, лазера на YAG:Cr⁴⁺ и накачкой YAG:Nd лазером, исследование режимов модуляции добротности и синхронизации мод на YAG:Nd лазере. Изучение режимов генерации в чип-лазере на высококонцентрированной активной среде Nd:LSB.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение. Общие принципы работы лазеров.

2. Спектральные свойства лазерного излучения, когерентность, режим одночастотной генерации.

3. Вынужденное, спонтанное излучение, «скоростные» уравнения.

4. Метод лучевых матриц, закон «ABCD» распространения гауссова пучка.

5. Оптические резонаторы, условие устойчивости резонатора, обобщеный сферический резонатор.

6. Режимы работы лазеров: непрерывный, режим модуляции добротности, синхронизации мод.

7. Методы описания световых импульсов, их распространение через различные элементы лазерной системы; прохождение волновым пакетом с гауссовым пространственным распределением оптических элементов; волновой пакет в дисперсионной линейной среде с дисперсией вида n=n_o+αw.

8. Дисперсия групповой скорости в призменной системе; прохождение волнового пакета по усиливающей среде; прохождение волнового пакета через частотный фильтр.

9. Поведение волнового пакета в нелинейной среде, самомодуляция импульсов: формирование линзы при прохождение волнового пакета с гауссовым пространственным и временным распределением оптических элементов в результате нелинейного изменения показателя преломления на основе эффекта Керра;

10. Аналог закона «ABCD» распространения гауссова пучка применительно к описанию временного поведения гауссова импульса.

11. Принципы получения сверхкоротких лазерных импульсов.

12. Активная синхронизация мод; использование синхронной накачки.

13. Пассивная синхронизация мод.

14. Керровская синхронизация мод.

15. Формирование импульсов при керровской синхронизации мод.

16. Схемы выделения отдельного импульса из цуга.

17. Схемы компрессии лазерных импульсов.

18. Усиление сверхкоротких импульсов. Параметры активных сред.

19. Генерация второй гармоники.

20. Параметрическая генерация света.

21. Измерения длительности лазерных импульсов с использованием быстродействующих фотоприемников; методов развертки, стробоскопических методов.

22. Корреляционные методы измерения параметров лазерного излучения.

23. Лазеры на красителях; условия генерации.

24. Оптическая накачка лазеров на красителях.

25. Лазеры на твердотельных широкополосных активных средах : Ti³⁺:Al₂O₃, YAG:Cr⁴⁺

26. Схемы построения и расчет резонаторов обеспечивающих сильную фокусировку излучения в активной среде.

27. Схемы накачки, использование аргонового лазера. Лазеров с полупроводниковой накачкой и лазеров с внутрирезонаторным удвоением частоты.

28. Чип-лазеры на высококонцентрированных активных средах Nd:LSB, Nd:CSB, построение оптической схемы с оптимизацией резонатора, оптимизация накачки, использование полупроводниковой накачки.

29. Оптическая схема, области устойчивости, оптимизация Z- образного резонатора для керровской синхронизации мод, области устойчивости Z- образного резонатора, коррекция астигматической деформации гауссова пучка.

30. Дисперсионное расплывание импульсов. Оптимизация внутрирезонаторной дисперсионной линии, влияние на длительность импульсов дисперсии высших порядков.

31. Нелинейная динамика процессов в лазерах с керровской синхронизацией мод.

32. Самофокусировка излучения, солитонный режим распространения импульсов.

33. Воздействие сильных и сверхсильных лазерных полей на вещество.

Литература

1. Ахманов С.А., Выслоух, В.А. Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов. — М.: Наука, 1988.
2. Херман И., Вильгельми Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов. — Mосква: Мир, 1986.
3. Звелто O. Принципы лазеров. — М: Мир, 1990.
4. Калашников В.Л., Калоша В.П., Михайлов В.П., Полойко И.Г. Синхронизация мод твердотельных лазеров на основе самофокусировки./ Квантовая электроника, 1995, 22, № 11, 1103-1106.
5. Калашников В.Л., Калоша В.П., Полойко И.Г., Михайлов В.П. Синхронизация мод непрерывных твердотельных лазеров за счет линейного и нелинейного частотных сдвигов./ Квантовая электроника, 1995, 22, № 11, 1107-1110.
6. Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Физика мощного лазерного излучения. — М.: Наука, Физматлит, 1991.
7. Цернике Ф., Мидвинтер Дж. Прикладная нелинейная оптика. — Москва: МИР, 1976.
8. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света. — М.: Радио и связь, 1982.
9. Брославец Ю.Ю., Фомичев А.А., Коваль Ю.П. Кобякова М.Ш., Кузьмин О.В. «Спектральные характеристики излучения микрочип-лазера с высококонцентрированной активной средой Nd:LSB и накачкой лазерным диодом» «Исследовано в России», http:/zhurnal.mipt.ru , 1999.

Что развивает курс (данные для «Вектора»)

• Физика (курс сфокусирован на этом)

Информация о развиваемых компетенциях занесена в систему для работы «Вектора». Поскольку занесение информации производится редакторами проекта, а не авторами курсов, информация может быть неполной или даже частично неверной. Если Вы нашли ошибку, напишите нам об этом. См. также подробнее о системе «Вектор» и полный список компетенций.

© 2010–2014, mipt-courses.ru. Email: editor@mipt-courses.ru.