Исследования в области лазерной физики

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ЛАЗЕРНОЙ ФИЗИКИ

1. Анализ современной проблематики исследований в области лазерной физики (современные твердотельные лазеры)

2. Проблематика исследований в области лазерной физики, финансируемых РФФИ (современные твердотельные лазеры)

Взаимодействие излучения с веществом и сверхсильные световые поля

Твердотельные лазеры нового поколения

Нелинейная динамика твердотельных лазеров

Волоконные лазеры и волоконная оптика

Применение твердотельных лазеров в фундаментальной метрологии

Некоторые выводы

Литература

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Разработка, создание и исследование ТЛПН - одно из наиболее быстро развивающихся направлений лазерной физики. Велик и разнообразен объем фундаментальных исследований в этом направлении (см., например, [71-76] и др.). В настоящее время при поддержке РФФИ выполняется более десяти грантов, посвященных в той или иной мере исследованиям ТЛПН или разработке новых активных сред для них.
Среди работ, посвященных исследованию твердотельных лазеров нового поколения, можно отметить работы Ю.К. Данилейко (ИОФАН) (грант № 98-02-16665 "Исследование четырехволнового взаимодействия в активной среде твердотельного лазера с регулируемой длительностью и скважностью импульсов выходного излучения с накачкой непрерывным полупроводниковым лазером"), предложившего и реализовавшего оригинальный метод фазировки двух разнесенных по частоте мод с ортогональными поляризациями [77].
Несомненный интерес представляет грант № 00-02-16061 "Двухчастотный YAG:Nd лазер с полупроводниковой накачкой и управляемыми частотами излучения: создание, разработка теории и ее экспериментальная проверка" (Ермаченко В.М., МИФИ). Детальные исследования конкуренции аксиальных ортогонально поляризованных мод в таком лазере позволили выявить новые закономерности в динамике его излучения [78].
Отметим, что в последние годы бурно развиваются за рубежом исследования лазеров и лазерных систем, использующих распределенные доменные структуры (РДС). Работы в этом направлении ведутся в МЛЦ МГУ (Лаптев Г.Д. грант № 00-02-16040 "Взаимодействие световых волн в нелинейных и активно-нелинейных кристаллах с регулярной доменной структурой", Прялкин В.И. грант № 00-02-17269 "Трехчастотные взаимодействия интенсивных фемтосекундных импульсов в нелинейных кристаллах в условиях группового синхронизма"). В результате проведенных исследований разработана методика получения распределенных доменных структур с нужными параметрами, развита теория квазисинхронного взаимодействия в активно-нелинейной среде с РДС и впервые получена непрерывная генерация второй гармоники (l = 0,542 мкм) в условиях самоудвоения частоты в кристалле Nd:Mg:LiNbO3 (l = 1,084 мкм) c такой структурой при полупроводниковой накачке [79, 80]. Можно также отметить и работы, посвященные нелинейным преобразованиям частоты излучения в таких структурах [81, 82]: Дмитриев В.Г. (НИИ "Полюс", грант № 00-02-17857 "Преобразование частоты лазерного излучения в нелинейных кристаллах с регулярной доменной структурой").
Использование полупроводниковой накачки открывает новые возможности в области разработки и создания современных высокоэффективных лазерных устройств нового поколения: миниатюрных высокостабильных лазеров и лазерных систем, обладающих высокой надежностью и имеющих большой ресурс работы. Несмотря на то, что реализация в ТЛПН различных режимов генерации, в принципе, ничем не отличается от реализации таких режимов в традиционных лазерах, полупроводниковая накачка обеспечивает существенный прогресс в лазерной технике.
Высокая эффективность ТЛПН, работающих в режиме модулированной добротности, открывает, например, широкие перспективы их использования в установках для термоядерного синтеза. Поэтому и неудивителен интерес исследователей к созданию ТЛПН, генерирующих короткие импульсы с предельно высокой энергией. В настоящее время в США создана экспериментальная лазерная установка на основе ТЛПН, позволяющая получать 10-джоульные импульсы длительностью порядка 20 нс и частотой следования порядка 10 Гц [83]. С сожалением приходится отметить, что в этом направлении работы у нас в стране практически не ведутся.
Широкое распространение получили высокостабильные одночастотные монолитные лазеры с относительной (мгновенной) шириной спектра порядка 10-17 - 10-18, используемые как при проведении фундаментальных исследований (в частности, при поиске гравитационных волн), так и для различных технических применений (доплеровские измерительные системы и лазерная гироскопия, гетеродинная оптическая связь и т.п.).
В настоящее время уже созданы малогабаритные высокостабильные фемтосекундные лазеры с полупроводниковой накачкой, что имеет немаловажное значение для широкого внедрения современной лазерной техники в лабораторную практику. Одно из достижений в области ТЛПН - это генерация УКИ с частотой следования в несколько десятков ГГц [84, 85]. Так, например, в [86] сообщается о YVO4 :Nd лазере, позволяющем генерировать УКИ длительностью 6 нс с частотой следования 59 ГГц. Аналогичные исследования у нас в стране также, к сожалению, отсутствуют.
Интенсивно в последние годы ведутся разработка и исследование монолитных лазеров с самопреобразованием (генерация гармоник и суммарных частот, параметрическое и ВКР-преобразование частот) частот при использовании в качестве активных элементов нелинейно-активных сред. [79, 80, 87, 88].
Заметное место в лазерной физике, как у нас, так и за рубежом занимают исследования, направленные на синтез и исследование высокоэффективных активных и нелинейных сред для ТЛПН. Среди работ этого направления можно отметить гранты РФФИ № 98-02-16112 (Буташин А.В., ИК РАН, "Поиск и характеризация новых кристаллов с редкоземельными ионами (Pr, Tb, Dy) для высокоэффективных лазеров, генерирующих в практически важных диапазонах спектра с диодно-лазерной накачкой"), № 99-02-17632 (Денкер Б.И., ИОФАН, "Исследование механизмов трансформации энергии оптического возбуждения в высококонцентрированных Yb-Er лазерных стеклах и поиск новых методов управления их генерацией"), № 98-02-17581 (Загуменный А.И., ИОФ РАН, "Синтез и исследование новых кристаллов с ионами иттербия, тулия и эрбия для эффективных 1,5 - 2 микронных лазеров с селективной накачкой"), № 00-02-16071 (Каминский А.А., ИК РАН, "Разработка и характеризация нелинейно-активных кристаллов для лазеров с самоумножением и само-ВКР преобразованием частоты генерации") и ряд других.
Детальные исследования физических характеристик новых кристаллов позволили создать ряд новых микролазеров с выходными характеристиками, соответствующими мировому уровню, а в ряде случаев и превосходящими его. Так, например, созданы чип-лазеры на кристаллах YVO4 (l = 0,914 мкм) c внутрирезонаторной генерацией второй гармоники (l = 0,457 мкм) [89], GdVO4:Tm (l = 1.915 мкм с выходной мощностью более ватта) [90] и GdVO4:Nd (l = 1,06 мкм с выходной мощностью более четырех ватт) [91]. Проведенные исследования показали, что при полупроводниковой накачке матрица GdVO4 имеет ряд преимуществ по сравнению с другими средами. Определенный практический интерес представляют и лазеры на таких традиционных кристаллах как YAG:Nd, генерирующие на длине волны 1,112 [92], поскольку вторая гармоника (l = 0,556 мкм) излучения этого лазера близка к сильным линиям поглощения атомов Yb и Ce.
Среди интересных работ этого направления можно выделить и работы по синтезу новых фторидных лютецийсодержащих кристаллов, таких как CaLu2F8:Nd3+ и BaLu2F8:Er3+, отличающихся сравнительно узким фононным спектром и частично разупорядоченной структурой, что делает их перспективными для апконверсионных лазеров. Заметим, что по сравнению с другими редкоземельными матрицами лютецийсодержащие кристаллы отличаются повышенной механической и оптической прочностью [93].
Наряду с кристаллами в ТЛПН начинают применяться и специально разработанные лазерные стекла. Так в работах [94-96] сообщается о разработке и комплексном исследовании высококонцентрированных иттербий-эрбиевых лазерных стекол для микролазеров с полупроводниковой накачкой. Важной задачей лазерной физики является также поиск и исследование новых ВКР-активных кристаллов, необходимых для создания источников излучения в новых спектральных диапазонах [97].
Как достижение следует отметить впервые проведенные систематические исследования люминесценции оптических центров на основе ионов Cr4+ и Cr3+ в кристаллах форстерита, позволившие сформулировать критерии оценки лазерных характеристик активных материалов, допированных ионами Cr (Е.М. Дианов, ИОФАН, грант № 98-02-17340 "Теоретическое и экспериментальное исследование влияния физико-химических факторов и реальной структуры на спектрально-люминесцентные и генерационные свойства Cr4+ в оксидных кристаллических матрицах"). Было показано, что генерация на трехвалентных ионах хрома делает форстерит потенциальным лазерным материалом для ближнего ИК диапазона.
Столь же детальным исследованиям спектроскопических и генерационных свойств кристаллов твердых растворов на основе фторидов двух- и трехвалентных элементов с редкоземельными присадками посвящен грант № 99-02-17622 (В.В. Осико, ИОФАН, "Исследование спектроскопических и генерационных свойств кристаллов твердых растворов на основе фторидов двух- и трехвалентных элементов с примесями церия и неодима в связи с составом и условиями синтеза"). Интерес к таким исследованиям связан с созданием оптических усилителей, работающих в диапазоне 1,3 мкм и необходимых для использования в оптических каналах связи.
Аналогичным исследованиям оксидных кристаллов, активированных ионами переходных d-элементов, их спектральных и люминесцентных характеристик посвящен грант № 99-02-18456 (И.А. Щербаков, ИОФАН, "Влияние состава и структуры оксидных кристаллов, активированных ионами переходных d-элементов на валентное состояние и спектрально-люминесцентные свойства допантов"). В рамках этого гранта исследовано дефектообразование в кристаллах форстерита и оптимизированы условия роста этих кристаллов, что имеет большое значение для повышения эффективности фемтосекундных лазеров.
В последние годы возрождается интерес к ацентричным лазерным кристаллам, что связано с тем, что среди кристаллов этого класса обнаружен целый ряд кристаллов, пригодных для самоумножения частоты. Среди таких кристаллов можно отметить Ba2NaNb5O15:Nd, в котором получено не только непрерывное вынужденное излучение в области 1,06 и 1,33 мкм, но и коллинеарное и диффузное самоумножение и самосуммирование частоты генерации [98]. Можно также отметить первое наблюдение ВКР в тригональном кристалле LiCaAlF6 [99].
Интересные результаты получены и при исследовании магнитоактивных кристаллов [100], использование которых открывает новые возможности управления характеристиками выходного излучения монолитных чип-лазеров.
Весьма заманчивой представляется перспектива получения высокоэффективной, так называемой, "бесстоксовой" генерации в многоуровневых твердотельных активных средах. Суть этой идеи заключается в таком подборе энергетических уровней активной среды, чтобы обеспечить максимальную близость длины волны накачки к длине волны генерации. Такая ситуация реализуется, например, при создании лазера на YAG:Er (l = 1,645 мкм) с накачкой излучением волоконного лазера. Дифференциальный КПД такого лазера составляет 51 %, квантовая эффективность 89 %, а коэффициент усиления 0,32 см-1. (А.А. Мак, НИИЛФ ГОИ, грант № 98-02-18102 "Физические основы получения "бесстоксовой" генерации в многоуровневых твердотельных средах").
За рубежом широко ведутся работы по повышению эффективности использования полупроводниковой накачки в мощных ТЛПН. Несомненны и успехи в этой области. Так в работе [73] сообщается о создании Nd:YAG-лазера с выходной мощностью 320 Вт и полным КПД "от сети" 28 %. С сожалением приходится отметить наше сильное отставание от зарубежных исследований в этом направлении лазерной физики. Столь же велико наше отставание и в таком перспективном и быстро развивающемся направлении, как разработка и исследование твердотельных лазеров, использующих в качестве активной среды не активированные монокристаллы, а активированную керамику (см., например, [32]).

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center