Файл: Содержание Введение Общие свойства Анализ современной проблематики исследований в области лазерной физики (современные твердотельные лазеры) Твердотельные лазеры .rtf
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 32
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Актуальной задачей современной лазерной физики является создание мощных фазированных источников излучения на основе большого числа лазерных излучателей. Разработка фазированных источников излучения диктуется необходимостью создания мощных излучателей с хорошей пространственной и временной структурой поля излучения, широко применяемых в науке и технике. Важной проблемой, стоящей перед исследователями, является фазовая взаимная синхронизация набора (решетки) N идентичных лазеров, открывающая возможность создания мощных источников, обладающих высоким качеством (высокой интенсивностью и малой расходимостью) излучения. Наиболее исследованной как теоретически, так и экспериментально является синхронизация решеток газовых и полупроводниковых лазеров. Фазированные матрицы полупроводниковых лазеров широко используются в качестве источников накачки современных твердотельных лазеров. В настоящее время на повестке дня стоит вопрос об эффективной синхронизации линеек и двумерных матриц ТЛПН.
5. ПРИМЕНЕНИЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ В ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ МЕТРОЛОГИИ
Исследования в этой области квантовой метрологии у нас сосредоточены, в основном, в ИЛФ СО РАН. Сотрудниками этого института получен ряд первоклассных результатов, посвященных разработке и исследованию высокоточных стандартов частоты оптического диапазона и оптических часов. Основой таких разработок является способность непрерывных фемтосекундных лазеров с синхронизацией мод генерировать широкий спектр эквидистантных частот, интервал между которыми может быть стабилизирован путем фазовой привязки частоты межмодовых биений к частоте внешнего высокостабильного генератора. При этом эквидистантность межмодовых интервалов с погрешностью не хуже 10-16 задается самим процессом самосинхронизации мод. Это, в свою очередь, открывает возможность создания высокостабильной линейки эквидистантных частот с шагом 100 МГц - 1 ГГц, перекрывающей частотный интервал до сотен терагерц.
Проведенные исследования продемонстрировали реальную возможность создания высокостабильного стандарта частоты в оптическом диапазоне на основе использования фемтосекундных лазеров. В настоящее время с помощью высокостабильного фемтосекундного титан-сапфирового лазера уже получена стабильность частоты межмодовых биений 10-14 за 1000 с. Использование фемтосекундных лазеров позволяет значительно упростить связь стандартов частоты оптического и СВЧ-диапазона. Очевидно, что если одновременно стабилизировать межмодовый интервал по частоте радиочастотного стандарта, а одну из синхронизованных мод привязать к частоте оптического стандарта, то можно получить высокоточную шкалу стандартных частот. Именно эта возможность, основанная на переносе частотных характеристик оптического стандарта в радиочастотный диапазон, и лежит в основе создания оптических часов. Во всем мире продолжаются интенсивные исследования, направленные на создание высокостабильных твердотельных лазеров, стабилизируемых по линиям поглощения в газах. Большое внимание уделяется поиску новых опорных линий поглощения, частоты которых совпадают с частотами излучения твердотельных лазеров.
Определенным успехом следует считать стабилизацию Tm:Ho:YAG лазера (l = 2,097 мкм) по линии поглощения молекулы H79Br. Аналогичные работы развиваются и у нас. В частности, прекрасные результаты получены при создании оптического стандарта, основанного на привязке частоты второй гармоники Nd:YAG-лазера к резонансной линии поглощения в 127I2. На основе Nd:YAG/I2-лазера создан стандарт частоты, частотная стабильность которого составляет 5x10-14 в течении нескольких сотен секунд.
В частности, в лазере на He-Ne/CH4 (l = 3,39 мкм) с внутрирезонаторным телескопическим расширителем пучка получена воспроизводимость частоты 1014, что стало возможным благодаря реализации сверхузких резонансов насыщенного поглощения с однородной шириной линии порядка 10 Гц. Еще одна возможность создания оптических реперов связана с использованием запрещенных переходов. В частности, для синтеза и абсолютного измерения частот в оптическом диапазоне заманчивым представляется использование запрещенного перехода в ионе индия на длине волны 236,5 нм, с которой совпадает четвертая гармоника Nd: YAG-лазера.
Исследование возможности повышения чувствительности и разрешающей способности нелинейной лазерной спектроскопии также является актуальной задачей. Решение этой задачи может быть связано с использованием метода усиления оптической бистабильности для регистрации сверхузких резонансов.
Достигнутая точность таких методов открывает экспериментальную возможность проверки постулатов теории относительности. Проведенные исследования позволили разработать принципиальную схему лазерного высокочувствительного детектора гравитационных волн от периодических астрофизических источников - пульсаров и создать измерительный комплекс (комплекс уже прошел полевые испытания) для измерения красного смещения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Твердотельные лазеры - это в основном алюмоитриевый гранат (АИГ), легированный ионами редкоземельных металлов (Nd, Er, Ho и др.). Собственно, эти ионы и являются источником излучения, а гранат лишь матрицей для их правильного расположения в пространстве. Твердотельные лазеры могут быть как импульсными так и непрерывными, работают на среднем уровне мощностей.
Лазеры на красителях (в качестве рабочего тела используется жидкий раствор специальных красителей) характеризуются тем, что могут перестраиваться по длине волны в широком спектральном диапазоне.
В последние годы получены принципиально новые результаты, открывающие новую эпоху в области квантовой метрологии. Эти успехи стали возможны, в значительной мере, благодаря прогрессу в области создания высокостабильных лазеров, генерирующих непрерывные последовательности фемтосекундных импульсов. Заметный вклад в эти исследования внесли российские ученые. Использование таких лазеров открывает принципиально новую
возможность создания оптических часов, обеспечивает проведение высокоточных измерений абсолютных значений частот в оптическом диапазоне и других прецизионных измерений.
ЛИТЕРАТУРА
-
Ахманов С.А. Итоги науки и техники. Современные проблемы лазерной физики. Т. 4. ВИНИТИ, М., 1991, стр. 5. -
Багаев С.Н. Квантовая электроника 31, 377 (2001). -
Крюков П.Г. Квантовая электроника 31, 95 (2001). -
The Proceedings of the Ninth Annual Intern. Laser Physics Workshop (LPHYS-2000). Laser Physics 11, 165-291 (2000). -
Pukhov A., Techn. Program IX Conference on Laser Optics (St. Petersburg, 1998, p. 49 ). -
Вовченко В.И., Красюк И.К., Пашинин П.П. Тезисы докладов на ХХХYII Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС, I (Звенигород, 2000, стр. 105). -
Красюк И.К. УФН 169, 1155 (1999). -
Федоров В.Б. Тезисы докладов XXYII Звенигородской конф. по физике плазмы и УТС, I (Звенигород, 2000, стр. 138). -
Ефименко В.В., Ивонина Н.П., КутовопС.А. и др.Синтез и исследование монокристаллов редкоземельных скандоборатов со структурой хантита // Тез. докл.
VII Всесоюз. конф. по росту кристаллов. М., 1988. Т. 3.С. 250-251. -
Кутовой С.А., Лаптев В.В., Лебедев В.А. и др. Спектрально-люминесцентные и генерационные свойства новых лазерных кристаллов — скандоборатов лантана
с неодимом и хромом. // Журн. прикл. спектроскопии. 1990. Т. 53. № 3. С. 370-374. -
Лебедев В.А., Писаренко В.Ф., Чуев Ю.М. Комплекс ные исследования редкоземельных скандиевых боратов с хромом и неодимом // Изв. РАН. Сер. физ. 1995.Т. 59. №6. С. 21-29.