Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2016 номер 2

C 14 по 18 сентября 2015 г. в Томске прошла XII Международная конференция по импульсным лазерам и их применениям AMPL. Тематика прошедшей Конференции традиционно отражала результаты теоретических и экспериментальных исследований: физических и химических процессов, протекающих в активных средах лазеров; новых активных сред и методов накачки; технологий создания новых лазеров; фундаментальных вопросов лазерной физики. Кроме того, обсуждались применения лазеров в науке, технике, медицине и других областях, а также проблемы создания приборов на их основе и новых оптических технологий.

Исследованы спектральные и амплитудно-временные характеристики плазмы импульсно-периодического наносекундного разряда, инициируемого убегающими электронами, в азоте при давлении от 30 до 760 торр. Импульсы напряжения (амплитуда 13 кВ, длительность на полувысоте 10 нс, длительность фронта 4 нс, отрицательная полярность, частота 60 Гц) подавались на катод, изготовленный из алюминия в виде конуса с диаметром основания 6 мм, углом раствора при вершине конуса 30° и радиусом закругления вершины конуса около 0,2 мм. Плоский алюминиевый анод располагался на расстояниях 2 и 6 мм от вершины катода. В эксперименте регистрировались импульсы напряжения, ток разряда, спектральный состав и временной ход излучения плазмы разряда. При межэлектродном расстоянии 2 мм вблизи вершины катода наблюдались цветные мини-струи паров алюминия. Размер струй достигал 1 мм. Зарегистрированы интенсивные линии атомов (Al I) и ионов (Al II) алюминия с длиной волны 394,4; 396,15 нм и 622,62; 623,17; 704,21; 705,66; 706,36 нм соответственно. Длительность люминесценции Al I и Al II (более 2 мкс) превышала длительность тока разряда (около 1 мкс).

Сообщается о синтезе композитных керамик следующего состава: 1Nd:YAG - центральная область и Cr:YAG - оправа. При этом центральные части дисков выполнялись либо в форме круга диаметром 14 мм, либо квадрата со стороной 11 мм, внешний диаметр оправы составлял 18 и 23 мм соответственно. Пропускание центральной части образцов на длине волны 1,06 мкм составляло ~ 84%. С использованием полученных спектров пропускания и известных сечений поглощения Cr⁴⁺ определены его концентрации в Cr⁴⁺:YAG-керамиках трех различных составов. Это позволило оценить характеристики оправы, при которых условия самовозбуждения в Nd:YAG не реализуются, и выбрать состав оправы 2,5 мол.% Cr + 0,5 мол.% Ca + 97 мол.% YAG.

Представлены результаты экспериментального исследования влияния состава газовой смеси (активной среды лазера) на энергию генерации и полный кпд эксимерных газоразрядных ArF- (193 нм), KrCl- (222 нм), KrF- (248 нм) и XeCl-лазеров (308 нм), работающих на газовых смесях без применения буферного газа. Найдены оптимальные (с точки зрения максимальной энергии излучения) соотношения газовых компонентов активной среды эксимерных лазеров, при которых достигается эффективная работа с достаточно высоким значением выходной энергии лазерного излучения. Экспериментально подтверждено, что для газоразрядных эксимерных лазеров на галогенидах инертных газов присутствие в активной среде буферного газа не является необходимым условием эффективной работы лазерного источника. Так, например, в бинарных газовых смесях эксимерных лезеров, содержащих рабочий инертный и галогенсодержащий газы, впервые для импульсно-периодических газоразрядных эксимерных лазеров, работающих на электронных переходах эксимерных ArF*-, KrCl*-, KrF*- и XeCl*-молекул при накачке поперечным объемным электрическим разрядом газовой смеси пониженного давления, не содержащей буферного газа, были получены энергия лазерного излучения в импульсе до 170 мДж и высокая импульсная мощность лазерного излучения до 24 МВт. Максимальное значение полного кпд, полученное в эксперименте для бинарных газовых смесей KrF- и XeCl-лазеров, достигло 0,8%.

Представлены результаты численного моделирования возбуждения лазера на парах меди (ЛПМ) импульсно-периодическим индукционным (безэлектродным) разрядом. Исследован вариант ЛПМ с кольцевым рабочим объемом разрядной камеры. Показано, что такая камера в большей степени удовлетворяет особенностям индукционного способа накачки, чем обычная цилиндрическая камера. В численных экспериментах достигнуты высокие выходные характеристики лазера, что свидетельствует о возможности эффективной накачки ЛПМ новым для него индукционным методом.

Экспериментально и методами численного моделирования исследуется изменение пространственных и энергетических характеристик стартового импульса при усилении в широкоапертурном газовом усилителе мощной лазерной системы THL-100. При энергии стартового импульса 0,8 мДж и длительности 2 пс на выходе усилителя экспериментально получена энергия 2 Дж. Представлена 3D-модель усиления конически расходящегося лазерного излучения, которая учитывает реальную геометрию усилителя и пространственную неоднородность накачки. Рассчитаны пространственные распределения интенсивности лазерного излучения в различных сечениях усиливаемого импульса. Показано, что максимальная интенсивность в условиях эксперимента достигает 60 ГВт × см^-2. Исследуются изменение энергии и пространственной структуры усиливаемого импульса, влияние энергии и геометрии стартового импульса на характеристики импульса на выходе усилителя. Показано, что при увеличении энергии стартового импульса до 5 мДж энергия лазерного излучения на выходе усилителя может достигать 3,8 Дж при максимальной интенсивности 148 ГВт × см^-2.

Приводятся экспериментальные результаты исследования условий возникновения сверхизлучения на резонансном электронном переходе ионов азота B³П _g -A³å _u⁺ при оптической накачке атмосферного воздуха и чистого азота импульсом лазерного излучения фемтосекундной длительности с длиной волны 950 нм. Показано, что сверхизлучение возникает в результате селективного заселения возбужденного состояния N₂⁺ (B²å _u⁺,ν'=0) при многофотонном возбуждении автоионизационного состояния молекулы азота c энергией 18,7 эВ. Затравочными фотонами для сверхизлучения на переходах иона молекулярного азота являются фотоны осевого суперконтинуума, возникающего в филаменте на соответствующих длинах волн. Реализован режим сверхизлучения на длине волны 358,4 нм, отнесенный к переходам молекулы CN.

Приведены результаты измерений и расчетов параметров излучения с длиной волны  = 475 нм при его прохождении через компрессор из стекла. Показано, что существует три диапазона плотности энергии излучения, входящего в компрессор. Первым из них является диапазон слабых интенсивностей (плотность энергии 1-5 мДж/см²), при которых влияние нелинейности на параметры выходного пучка незначительно. Второй диапазон - диапазон умеренных интенсивностей (плотность энергии 5-10 мДж/см²) - характеризуется значительной потерей энергии при распространении выходного пучка. Несмотря на это, на выходе из компрессора регистрируется практически исходная длительность импульса - 57 фс. Для третьего диапазона повышенных интенсивностей (плотность энергии 20 мДж/см² и более) характерно полное разрушение пространственной структуры и спектрального состава выходного пучка.

Показано, что при допировании керамик на основе полуторных оксидов (например, Y₂O₃) гетеровалентными ионами происходит изменение поляризации, что ведет к изменению показателя преломления, искажению волнового фронта за счет наличия областей с повышенным содержанием гетеровалентных ионов, наблюдавшихся в экспериментах. Это объясняет регистрируемое снижение светопропускания и повышение рассеяния света в образцах керамик на основе Y₂O₃, допированных ZrO₂, HfO₂ или CeO₂.

Представлены исследования лазерных керамик из 1Nd : Y₂O₃ + 6HfO₂, 1Nd :_{Y2O3 + 10HfO2, 3Yb : Y2O3 + 5ZrO2, 5Yb : Y2O3 + 5HfO2 с характерными проявлениями оптических неоднородностей, названных «апельсиновой коркой». Диаметр и толщина образцов составляли соответственно 11 и 1,7-2,0 мм. Определены характерные размеры оптических неоднородностей, вызывающих эффект «апельсиновой корки», которые находятся в пределах 10-300 мкм.}

Представлены результаты экспериментальных исследований зависимости энергетических, временных, спектральных и пространственных характеристик генерации индукционного HF-лазера от условий накачки. В качестве активной среды использовалась смесь водорода с F₂, NF₃ и SF₆, а также их смесями с гелием или неоном. Получена максимальная энергия генерации 19 мДж в смеси He : H2 : NF3 - 45 : 1 : 4 при давлении 42 торр. Длительность импульсов генерации на полувысоте достигала 0,42 мкс, что соответствовало импульсной мощности 45 кВт. Впервые исследован спектральный состав генерации индукционного HF-лазера. Спектр лазерного излучения состоял из семи групп полос вблизи 2732, 2763, 2798, 2835, 2873, 2893 и 2913 нм. Форма пятна генерации представляла собой кольцо диаметром около 2 см и шириной 0,4-0,5 см. Лазер имел высокую стабильность при работе в импульсно-периодическом режиме. Величина отклонения амплитуды световых импульсов не превышала 5-6%.

Проведены исследования параметров лазерного излучения в газовых смесях Не-Ar(Kr, Xe)-F₂(NF₃) и He-F₂ при возбуждении объемным разрядом, инициируемым пучком электронов лавин (ОРИПЭЛ). Показано, что ОРИПЭЛ является эффективным источником лазерного излучения на молекулах XeF^* и KrF^*. Впервые получена генерация в ВУФ-области спектра на переходах молекулярного фтора (157 нм). Показано, что высокая однородность формируемых в активной среде разрядов позволяет увеличить длительность лазерных импульсов на молекулах фторидов инертных газов. Полученные при накачке ОРИПЭЛ параметры лазерного излучения сопоставимы с характеристиками лазеров с возбуждением традиционным поперечным разрядом с предыонизацией.

С помощью лазерного монитора и теневой методики на основе CuBr-лазера исследованы газодинамические процессы, протекающие при импульсно-периодическом наносекундном разряде, инициируемом убегающими электронами, в воздухе атмосферного давления. На катод, изготовленный из меди в виде конуса с диаметром основания 6 мм, углом раствора при вершине конуса 30° и радиусом закругления вершины конуса около 0,2 мм, подавались импульсы напряжения отрицательной полярности амплитудой 13 кВ с длительностью на полувысоте 10 нс и длительностью фронта 4 нс, с частой 60-3200 Гц. Плоский заземленный анод располагался на расстоянии 2 мм от вершины катода. Установлено, что продукты плазмы разряда, содержащие пары меди, выносятся в радиальном направлении вдоль поверхности плоского электрода за 2,5 мс на расстояние 24 мм. При этом температура нагретого газа составляет ~ 1 × 10³ К. Использование схемы лазерного монитора в проходящем свете позволило получить контрастные изображения оптических неоднородностей, возникающих в разряде.

Представлены результаты исследования усилительных характеристик CuBr-лазера. Исследовалось влияние потерь в канале обратной связи неустойчивого резонатора телескопического типа с боковым выводом излучения. Показана возможность выделения отдельной линии генерации лазера за счет использования полосовых фильтров в канале обратной связи. Определены интегральные коэффициенты усиления для каждой линии.