Фізичні процеси самовпливу в лазерах на твердому тілі

Ці міркування справедливі, якщо плазма розповсюджується у вакуумі. Проте, в атмосфері буферного газу (O₂) легкі компоненти гальмуються швидше в порівнянні з важкими. На деякій відстані від мішені плазма повертається до початкового стехіометричного складу та дейонізується. Ця позиція - оптимальна для розміщення підкладинки. Тиск кисню повинен бути таким, щоб забезпечувати успішне формування кристалічної гратки при деякій інтенсивності підльоту Y-Ba-Cu компонент. З іншого боку, кисень високого тиску ефективно охолоджує плазмовий факел, і кінетична енергія атома може падати нижче, ніж це необхідно для успішного формування гратки C-орієнтованої плівки. При низькому тискові температура газу зменшується, приблизно, від 800C біля нагрівача до 40-60C - на стінках камери. Локальна концентрація молекул кисню є обернено пропорційною до розподілу температури. Отже, хмара плазми по траєкторії при розповсюдженні і розширенні входить у контакт з буферним газом з концентрацією, що також зменшується, але за іншим законом. Було знайдено, що за цих умов підкладинка повинна розміщуватися приблизно на висоті 4 см над мішенню. На Рис.11 показано залежність сукупної концентрації атомів металів та кисню різного тиску над поверхнею мішені.

Характеристики надпровідних плівок оцінювалися при вимірах магнітної сприйнятливості та температурних залежностей критичного струму. За допомогою мікроскопії високої роздільчої здатності контролювалась поверхня плівки та її внутрішня структура. Повна відстань підкладинки від мішені була в діапазоні 4.5-6 см в залежності від тиску кисню та енергії імпульсу лазерного випромінювання. YBaCu плівки розміщувалися на YSZ монокристалічній підкладинці. Головна вимога, яка повинна була задовольнятися при процесі осадження, це - забезпечити деякий рівень енергії зв'язку атомів при формуванні кристалічної гратки на поверхні підкладинки. Температура підкладинки повинна бути вищою, ніж точка роси при деякій густині енергії плазми. З іншого боку, перегрів веде до ревипаровування, інтенсифікації дифузії, і, врешті, до порушення стехіометрії. Енергетична рівновага встановлювалась як струмом нагрівача підкладинки, так і енергією імпульса лазерного випромінювання. Було враховано теплові плазмові потоки і розроблено протокол осадження. Такий варіант продемонстрував найвищу температуру надпровідного переходу (91К) і найнижчу ширину переходу (0.5К).

Щоби контролювати властивості переносу носіїв зразків, вимірювалася критична густина струму. Виміри здійснювалися по стандартній геометрії переносу носіїв з 4-ма полюсами при 3-мм довжині і 0.2-мм ширині моста. Максимальна критична густина струму складала 710⁶A/см² при 77K у нульовому магнітному полі і біля 210⁶A/см² у магнітному полі 1Т. Цей зразок плівки осаджувався, починаючи з 760C, при 160 мТорр тиску кисню, при 180 мДж, 25 Герц лазерних імпульсах і 1.5-годинному наступному охолодженні і насиченні киснем.

Різна поверхнева та обємна концентрація дислокацій призводить до змін таких важливих характеристик надпровідних плівок, як критичний струм та опір у високочастотних полях. Високочастотні виміри поверхневого опору показали, що найнижчий опір 115 мОм на частоті 134 ГГц спостерігався при 77К у плівки, яка осаджувалась при 780С і мала поверхневу концентрацію дислокацій 10¹⁰см². Відповідно, плівка, осаджена при 750С, демонструвала 160 мОм і мала на порядок вищу концентрацію дислокацій - 10¹¹см².

Тонкі металеві, напівпровідні та надпровідні плівкові структури використовуються як хвильоводні системи, модулятори, фільтри та в інших елементах оптичного та радіодіапазону. При формуванні просторово структурованих елементів (граток, фільтрів, хвильоводів, амплітудних масок) звичайно використовують запилення через трафарети, травлення або механічну нарізку. Останнім часом дуже широко вживаною технологією є лазерна обробка (laser micro machining). В разі регулярно повторюваних, граткоподібних структур набагато більш ефективним є швидке випаровування матеріала при освітленні поверхні плівки інтерференційною картиною лазерного випромінювання. Було розроблено дифракційний селектор для лазера, досліджуваного в Розділі 3, але функціонуючого при набагато більшій потужності. В такому випадку втрати для небажаних мод створювались за рахунок дифракції, що піднімає поріг променевої стійкості такого селектора. Але практично важко створити на всій площі селектора ідеально рівномірне за інтенсивністю поле.

Теоретично досліджено процес запису гратки з урахуванням теплового “замикання” через підкладинку, що призводить до зниження температурного контрасту і чутливості запису. Розв'язок термодифузійних рівнянь для плівки і підкладинки одночасно дозволив дослідити динаміку зміни температури в процесі запису гратки. Крім того, після повного випаровування плівки в області максимумів інтенсивності поля, “надлишок” енергії проходить через прозору підкладинку і, таким чином, ніяк не впливає на подальшу динаміку процесу. Тому, навіть при неоднорідному розподілі інтенсивності в межах освітленого поля, неоднорідність ширини штриха виявляється набагато меншою. Проведені обчислення продемонстрували, що метали з більш високою температурою плавлення та гіршою теплопровідністю, завдяки своїй більшій нелінійності відгуку на інтенсивність лазерного променя демонструють більш рівномірні поверхневі параметри запису, ніж легкоплавкі. Цей ефект був підтверджений експериментально. Найкращих результатів було досягнуто при тривалості імпульсів запису 25 нс на плівці NiS. При цьому рівномірну ширину штриха було забезпечено на 90% площі гратки. Ці гратки використовувались як селектори в YAG-лазері з неперервною генерацією і потужністю до 30 Вт.

В Додатку А [1] описано лазерну систему із одночастотним квазістаціонарним генератором і двома лазерами з модульованою якістю, які дозволили генерувати когерентні потужні імпульси з інтервалом між ними до 1.5 мс.

В Додатку Б [33] подається конструкція еталона частоти, потужності та енергії лазерного випромінювання.

В Додатку В [34] описано конструкції 1- та 2-кВт лазера неперервної дiї.

Додаток Г [42-47] подає конструкції та принцип дії оптоелектронних пікосекундних модуляторів електричних імпульсів, напівпровідного інтерференційного спектрометра та аналізатора розсіювання.

Основні результати та висновки

1. В роботі проведено систематичний аналіз поведінки лазера на твердому тілі з урахуванням теплофізичних, кристалографічних, дисперсійних та спектроскопічних параметрів активного середовища з метою пошуку та організації процесів самомодуляції інтенсивності, самосинхронизації мод, самостабілізації частоти або досягнення граничних лазерних параметрів (тривалості імпульсів, потужності, розбіжності). Внаслідок проведених поглиблених теоретичних та експериментальних досліджень фізики процесів генерації твердотільних лазерів виконано ряд важливих технічних розробок, внесених в Додатки до дисертації.

2. Проведено аналіз динаміки генерації лазера в рамках моделі коливального контура. Показано, що низькі релаксаційні частоти модуляції спостерігаються у лазері з активним середовищем, що має відносно великий час життя активних йонів у збудженому стані та відносно великий час життя фотонів в резонаторі. При наявності розсіювання в кільцевому лазері з рухомим пасивним вентилем виникає несінусоїдальна модуляція втрат. В залежності від потужності накачки існує дискретний спектр частот, при яких релаксаційна частота співпадає з однією з гармонік модуляції втрат, що розгойдує коливання інтенсивності, і стаціонарний режим генерації принципово не спостерігається.

3. Показано, що, якщо характерний час релаксації фазових теплових спотворень в каналі генерації є одного порядка з часом життя збуджених йонів, то виникає періодична модуляція інтенсивності випромінювання з періодом та тривалістю, залежними від потужності накачки та характерних часів виникнення та релаксації втрат. Експериментально здійснено генерацію в лазері на ІАГ:Nd з неперевною накачкою з періодами генерації у кілька десятків мкс з керуванням параметрами при зміні інтенсивності в каналі генерації. Теоретично передбачено і експериментально реалізовано генерацію повільних секундних автоколивань інтенсивності в лазері на Nd:YVO₄ з тонкоплівковим селектором. Ербієве скло та Yb:YAG рекомендовані як активні середовища для одночастотних лазерів. Експериментально реалізовано одночастотну генерацію в світловодному ербієвому лазері (1.553 мкм) із самостабілізацією частоти при накачуванні у смузі 1.48 мкм.

4. Запропоновано та реалізовано метод фазової внутрішньо-резонаторної спектроскопії поверхневих властивостей тонких плівок, що базується на залежності змін частоти генерації від властивостей тонкоплівкового селектора та геометрії резонатора.

5. Вдосконалено теорію інтерферометра із поглинаючим тонкоплівковим дзеркалом. Знайдено співвідношення, що описують оптимальні параметри резонатора, інтерферометра та плівки для забезпечення стабільної одночастотної генерації максимально можливої потужності. Запропоновано методи самостабілізації та лінійного “чирпу” частоти з використанням специфічних ділянок зміни фази лазерного випромінювання при взаємодії з тонкими поглинаючими плівками. Одержано одночастотну та двочастотну генерацію в Nd:YAG, Nd:YVO₄ та Nd:YLF лазерах з потужністю до 600 мВт.

6. Застосовано теорію випадкових процесів для сигналів радіодіапазону для опису властивостей оптичного випромінювання і процесу синхронізації мод. Показано, що при певному наборі параметрів лазера та дисперсії елементів резонатора існує оптимальна ширина спектра підсилення, при якій у кінці лінійного етапу розвитку генерації сформуються імпульси мінімально можливої тривалості.

7. Теоретично і експериментально показано можливість генерації надкоротких “чорних” імпульсів (антисинхронізація мод), коли на фоні квазінеперервної генерації слідують надкороткі імпульси відсутності випромінювання. Запропоновано і експериментально реалізовано новий метод синхронізації мод за допомогою інтерферометра з рухомим дзеркалом. Показано, що при генераціі декількох повздовжніх мод імовірність генерації одного спалаху інтенсивності, де зконцентрована переважна доля енергії випромінювання аксіального періода, може перевищувати 50%.

8. Теоретично показано, що теплові лінзи в активних елементах потужних лазерів для радіальної та тангенціальної поляризації випромінювання мають поляризаційно, радіально та кутово залежні аберації, в результаті чого зявляється складний амплітудно-фазовий розподіл навіть для мод найнижчих індексів. В певних місцях поперечного перерізу теплової лінзи можливі стрибки фаз, які є джерелами оптичних вихорів в лазерному промені.

9. Теоретично і експериментально показано, що добуток параметрів в ближньому і дальньому полі багатомодового пучка, який генерується в резонаторі з термічною лінзою не є інваріантом при лінійних перетвореннях. За допомогою зовнішньої лінзи, розташованої на відстані, залежної від параметрів променя, можна в 1.5-2.5 раза зменшити добуток параметрів. При десятикратних змінах розбіжності пучка при змінах потужності накачки за допомогою зовнішньої лінзи вихідну розбіжність було застабілізовано на рівні 12%. В потужному, збудженому, але негенеруючому лазері, амплітуда напружень в активному елементі в 1.5-2 раза перевершує цю величину для генеруючого лазера. При збільшенні довжини резонатора з термічною лінзою потужність випромінювання зменшується немонотонним чином. В результаті, при певних довжинах відношення потужності до добутку параметрів має максимум.

10. Проведено теоретичні розрахунки і експериментальну оптимізацію умов осадження плівок за декількома параметрами: довжиною хвилі, енергією та тривалістю лазерного імпульса, температурою підкладки, тиском кисню в камері, ввідстанню підкладинки від мішені. Вдосконалений метод лазерного осадження надпровідних плівок дозволив отримати плівки з рекордними і відтворюваними параметрами (по критичному струмові - 710⁶ А/см² при 77К в нульовому магнітному полі, по поверхневому опору - 115 мОм при 134 ГГц при концентрації дислокацій 10¹⁰см²). Завдяки сильній нелінійності процесу запису голографічних граток в металевих плівках з високою температурою розплаву здійснено виготовлення високоякісного голографічного селектора пучками з нерівномірним розподілом інтенсивності.

Список публікацій автора по змісту дисертації

1. Головин А.Б., Пешко И.И., А.И.Хижняк. Генерация гигантских импульсов с идентичным одночастотным спектром и управляемым интервалом следования лазерами на фосфатном неодимовом стекле // Кв. электроника.1991.T.18, №7. C. 846-850.

2. Golovin A.B., Peshko I.I., Khizhnyak A.I. Regularities of oscillation of the ring-cavity laser with an amplitude isolator of variable length // Laser physics.1993.V.3, #5.P. 962-966.

3. Jankiewich Z., Peshko. Coherent light sources of the eye-safe spectral range// Opto-electronics Review. 1998. V.6, #12.P.111119.

4. Лазер на АИГ:Nd³⁺ c непрерывной накачкой и управляемыми параметрами / М.Миндак, И.И.Пешко, А.И.Хижняк, Е.Шидляк // Кв.электроника. Киев: Наукова думка. 1989. №36. С. 20-24.

5. Тонкопленочный селектор в сферическом резонаторе / Водницкий Р., Длугашек А., Новак М., Пешко И., Хижняк А., Янкевич З., Яцюк Ф. //Кв.электр. 1991. Т.18, №8. С. 989-992.

6. Одночастотная генерация в мини-лазере на YAG:Nd³⁺ с перестройкой длины волны излучения / Белозеров С.А., Головин А.Б., Куратев И.И., Пешко И., Хижняк А., Цветков Ю., Яцюк Ф.// Кв. электроника. 1991. Т.18, №10. С. 1180-1182.

7. Jabczynski J., Firak J., Peshko I.I. Tunable Singleand DoubleFrequency Diode-Pumped Nd:YAG Laser //IEEE J.QE. 1997. V.33, #8.P. 1417-1423.

8. Jabczynski J, Firak J, Peshko I. Single-frequency, thin-film tuned, 0,6 W diode-pumped Nd:YVO₄ laser // Appl. Optics.1997.V.36,#12.P.2484 2490.

9. Jabczynski J.K., Peshko I.I. Thermally induced pulsation in the solid-state single-frequency diode pumped laser // Optica Applicata.1999. V.29,#3. P. 319-325.

10. Peshko I. Phase laser intracavity spectroscopy // J.Phys.D: Appl.Phys. 2002. V.35, #3. P. 181-185.

11. Lopiitchouk M., Peshko I. Solid-state laser with self-stabilized or linearly chirped output frequency // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics.2002. V.5, #2. P. 197-200.

12. Васнецов М.В., Пешко И.И., Соскин М.С. Стохастичность и регулярные пульсации в лазере с модуляцией добротности // Кв.электроника. 1985. Т.12, №3. С. 614-616.

13. Пешко И.И., Хижняк А.И. Получение УКИ предельно малой длительности в лазерах на твердом теле // Кв.электроника. Киев: Наукова думка. 1987. №33. С. 14 20.

14. Пешко И.И., Хижняк А.И. Генерация УКИ предельно малой длительности твердотельными лазерами // Изв.АН СССР. Сер.физ. 1988. Т.53, №2. С. 354 358.

15. Управление длительностью пичков свободной генерации / М.Д.Гродзинская, И.И.Пешко, А.В.Савчук, А.И.Хижняк // УФЖ. 1988. Т.33, №2. С. 229 231.

16. Пешко І.І., Соскін М.С., Хижняк А.І. Пікосекундна динамічна голографія ефективний метод дослідження збуджених станів речовини // Вісник АН УРСР.1986, №7, с. 17 26.

17. Фотопроводимость в InSb при пикосекундном возбуждении / Н.К.Костюк, И.И.Пешко, Ю.В.Пономаренко, Л.Л.Федоренко/ УФЖ. 1984. Т.29, №6, с. 888-892.

18. Роботизированный лазерный технологический комплекс с оптоволоконной транспортировкой пучка излучения мощностью 1 кВт/Галич Г., Пешко И., Хижняк А., Назаренко O., Наквасюк В. //Автоматическая сварка. 1996. №9. С. 3-8.

19. High power cw solid-state multilaser system / Galich G., Peshko I., Lopiichuk M., Khizhniyak A., Nakvasuk V. // Optics & Laser Technology. 1997. V.29, #4. P. 211-215.

20. Lopiichuk M., Peshko I., Khizhnyak A. Lens transformation of high power cw solid-state laser beams // Optics & Laser Technology. 1998. V.30,#12. P. 341-348.

21. Flis V., Matsui V., Peshko I. High-temperature superconducting YBCO films deposited by the YAG double-laser system // J.Phys.D: Appl.Phys. 2001. V.34. P. 732-739.

22. Effect of Growth-Induced Linear Defects on High Frequency Properties of Pulse-Laser Deposited YBa₂Cu₃O_7- Films / Pan V.M., Flis V.S., Karasevska O., Peshko I., Svetchnikov V., Lorenz M., Ivanyuta A., Melkov G., Pashitskii E., Zandbergen H.//-J.Superconductivity Inc.Novel Magn. 2001. V.14. P. 109-118.

23. Запись голографических рельефных решеток в тонких поглощающих пленках / М.Д.Гродзинская, И.И.Пешко, А.И.Хижняк, Е.Н.Салькова // Кв.электроника. Киев : Наукова думка. 1987. №32. С. 67-75.

24. Запись рельфных голографических решеток в тонких пленках пространственно-неоднородными пучками/М.Д.Гродзинская, И.И.Пешко, А.И.Хижняк, Е.Н.Салькова//ЖТФ. 1987. Т.57, №11. С. 2227-2231.

25. Лаврентович М.Д., Пешко И.И., Савчук А.В. Получение стационарных голограмм с предельными параметрами в металлических пленках // Письма в ЖТФ. 1989. Т.15, №5. С. 78-81.

26. Peshko I. Metrology problems of high power laser beams // Proc. SPIE. in Optoelectronics Metrology. 1999. V.4018. P. 63-68.

27. Fine tunable single-frequency diode-pumped YAG-laser/A.Golovin, A.Khizhnyak, M.Lopijchuk, I.Peshko et al.//SPIE Proc.“Laser Technology IV, Research Trends, Instruments and Applications”1995,-V.2202. P. 220-225.

28. Jabzynski J.K., Peshko I.I. Novel solid-state lasers for optical velocimetry // SPIE Proc. “Optical Velocimetry" 1996.V.2729 P. 22-30.

29. Dlugaszek A., Jabzynski J.K., Khizhnyak A., Peshko I.I. Tunable, single-frequency diode-pumped Nd:crystals lasers for Doppler radar application// SPIE Proc. “Optical Velocimetry" 1996.V.2729 P. 31-36.

30. Jabchynski J., J.Firak. I.Peshko. Tunable, single-frequency diode pumped neodymium laser with metallic thin film selectors / Proc.SPIE, Tunable Solid State Lasers. 1997. V.3176. P. 282-289.

31. Investigation of single frequency generation in Nd:crystals diode pumped lasers / Jabchynski J., Firak J., Kopchynski K. Peshko I., Szczesniak A. / Proc.SPIE, Wave & Quantum Aspects of Contemporary Optics. 1998. V.3320. P. 274-280.

32. Solid-State Laser Devices of Optical Metrology / Dlugaszek A., Khizhnyak A.K., Peshko I., Skrzeczanowski W. // SPIE Proc. International Conf.on Optoelectronics Metrology.Lancut (Poland).1998. V.4018. P. 147-151.

33. Dіugaszek A., Peshko I., W.Skzeczanowski. Single-frequency diode-pumped laser as a standard for frequency, power, and energy of laser radiation/ Proc. SPIE, in Optoelectronics Metrology, 1999. V.4018. P. 22-25.

34. OnekW-class cw-YAG-multilaser system / Galich G., Khizhnyak A., Peshko I., Lopijchuk M. / SPIE Proc. Optoelectronic Metrology:Lasermetry, Polish Chapter. 1995. V1. P. 127-131.

35. А.с. №1547489 СССР. Способ селекции спектра оптического излучения / И.И.Васильев, В.В.Кузьмин, И.И.Пешко, А.И.Хижняк. -№4328393; Заявлено 17.11.87 ; Опубл. Бюл. Изобретения в СССР и за рубежом.

36. А.с.№1639373. Способ перестройки длины волны излучения лазера / Головин А.Б., Пешко И.И., Хижняк А.И. № 4713330; Заявлено 23.05.89. Опубл. Бюл. Изобретения в СССР и за рубежом.

37. А.с.№1543489. Способ модуляции излучения лазера. / М.Миндак (ПНР), И.Пешко (СССР), А.Хижняк (СССР), Е.Шидляк (ПНР). -№ 4315008; Заявлено 13.10.87; Опубл. Бюл.“Изобр. в СССР и за рубежом”.

38. А.с.№1340537. Лазер для получения ультракоротких импульсов излучения/ И.И.Пешко, М.С.Соскин, А.И.Хижняк. № 3932483; Заявлено 19.07.1985; Опубл. Бюл.“Изобр. в СССР и за рубежом”.

39. А.с. 1829846. Способ активной синхронизации продольных мод лазера/ М.М.Лопийчук, И.И.Пешко, А.И.Хижняк. № 4893634; Заявлено 25.12.1990; Опубл. Бюл.“Изобр. в СССР и за рубежом”.

40. А.с. 1223754. Способ модуляции оптического излучения / А.И.Липтуга, И.И.Пешко, А.И.Хижняк.-№ 3771024; Заявлено 18.07.1984; Опубл. Бюл.“Изобр. в СССР и за рубежом”.

41. А.С. 1448981. Лазер ультракоротких импульсов света / В.В.Вишневский, Н.Я.Недбаев, И.И.Пешко, В.П.Усенко. № 4094823; Заявлено 15.07.1986; Опубл. Бюл.“Изобр. в СССР и за рубежом”.

42. А.с. 1457629, Способ записи стационарных голограмм / Т.А.Акопян, И.И.Пешко, А.В.Савчук, Е.Н.Салькова, М.С.Соскин. №4249380; Заявлено 27.05.1987; Опубл. Бюл.“Изобретения в СССР и за рубежом”.

43. А.с. 1455335, Способ получения стационарных голограмм. / И.И.Пешко, А.В.Савчук. №4283142; Заявлено 13.07.1987; Опубл. Бюл.“Изобретения в СССР и за рубежом”.

44. А.с. 1556389, Способ получения стационарных голограмм. / И.И.Пешко, А.В.Савчук. №4444071; Заявлено 21.06.1988; Опубл. Бюл.“Изобретения в СССР и за рубежом”.

45. А. c. №1301277. Способ получения электрических импульсов. / И.И.Пешко. -№3820951; Заявлено 30.11.1984; Опубл. Бюл.“Изобретения в СССР и за рубежом”.

46. А. c. №1405684. Способ формирования электрических импульсов. / И.И.Пешко. -№4112901; Заявлено 25.06.1986; Опубл. Бюл.“Изобретения в СССР и за рубежом”.

47. А. с. №1593383. Способ измерения длины волны излучения и устройство для его осуществления / И.И.Пешко. №4452640; Заявлено 04.07.1988; Опубл. Бюл.“Изобретения в СССР и за рубежом”.

Тези конференцій, що не були продубльовані в трудах конференцій:

48 Н.М.Костюк, И.И.Пешко, Л.Л.Федоренко. Применение лазеров УКИ для исследования нелинейных свойств полупроводников. Тезисы конференций ”Оптика лазеров” Ленинград, 1984.

49. И.И.Пешко. УКИ предельно малой длительности в лазерах на твердом теле. Тезисы конференций ” IV Оптика лазеров” Ленинград, 1987.

51. И.И.Пешко, А.В.Савчук. Регистрация и управление параметрами голограмм в проводящих тонкопленочных системах. Тезисы конференции “Бессеребрянные и необычные фотопроцесы”, Суздаль, 1988.

52. А.Б.Головин, И.И.Пешко, А.И.Хижняк. Влияние динамических объемных голографических решеток в активных средах твердотельных лазеров на режим квазистационарной генерации Тезисы УІ Всесоюзной Конференции по голографии, Витебск, 1990.

53. А.Б.Головин, И.И.Пешко, А.И.Хижняк. Генератор серий одночастотных гигантских импульсов

Тезисы конференций ” VI Оптика лазеров” Ленинград, 1990.

54. А.Б.Головин, И.И.Пешко, А.И.Хижняк. Особенности генерации лазера с кольцевым резонатором и амплитудным вентилем переменной длины. Тезисы конф.”Оптика лазеров” Санкт-Петербург, 1993.

55. J.Jabczyсski, J.Firak, I.Peshko, A.Szczкњniak. Zastosowanie selektorуw metalicznych do jednoczкsto-tliwoњciowej generacii w laserach staіych pompowanych diodami laserowymi. V Sympozium Techniki Laserowej, Swinoujscк, Poland, 1996.

56. V.S.Flis, V.M.Pan, I.Peshko, V.I.Matsui. Properties of YBCO-films deposited by the double-YAG-laser system. Technical Digest CEC/ICMC, Portland, Oregon, USA, 1997.

57. J.Jabczyсski, I.Peshko. Single, and double frequency, thin-film tuned, and stabilized, diode-pumped Nd:crystals lasers. Technical Digest CLEO/EUROPE'98 Glasgow, Scotland, UK, 1998.

58. V. S. Flis, O.P.Karasevska, V. I.Matsui, I.I.Peshko, Svetchnikov, A. V. M. Pan. High frequency properties of pulse-laser deposited YBCO films and effect of growth-induced linear defect arrays density.

VI International Symposium "High Temperature Superconductors in High Frequency Fields", Naples, Italy, Capry-2000, p.64.

59. V. S. Flis, O.P.Karasevska, V. I.Matsui. Svetchnikov, A. V. M. Pan. Pulse-laser deposited YBCO films with low microwave surface resistance. Applied Superconductivity Conference, Virginia, USA, 2000, p.208-209.

60. V.S.Flis, O.P. Karasevska, V.M. Pan, E.A. Pashitskii, I.I.Peshko, M. Lorenz, A.N. Ivanyuta, G.A.

Melkov. Large-area epitaxial YBa₂Cu₃O_7-d films: crucial role of growth-induced linear defects in microwave properties. XIV Семинар по высокотемпературной сверхпроводимости. Москва, 2001, c. 6-7.

61. V. M. Pan, V. S. Flis, V. A. Komashko, O. P. Karasevska, I.I.Peshko, V. L. Svetchnikov, A. N. Ivanyuta, G. A. Melkov, E. A. Pashitskii, H. W. Zandbergen Large-area epitaxial YBa₂Cu₃O_7-d films: crucial role of growth-induced linear defects in microwave properties. XIV Семинар по высокотемпературной сверхпроводимости. Москва, 2001, c. 19.

Анотація

Пешко І.І. Фізичні процеси самовпливу в лазерах на твердому тілі. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 - оптика, лазерна фізика. - Інститут фізики НАН України, Київ, 2002.

Дисертацію присвячено дослідженню фізичних процесів взаємодії електромагнітних хвиль з твердим тілом, що здатні самоконтролювати певні незвичайні режими роботи лазерних систем. Проведено систематичний аналіз поведінки лазера на твердому тілі. Розглянуто термофізичні, кристалографічні, дисперсійні та спектроскопічні параметри активного середовища з метою пошуку природних процесів, що стимулюють самомодуляцію інтенсивності, самосинхронізацію мод, частотну стабілізацію, або досягнення граничних лазерних параметрів, а саме: тривалість імпульсів, потужність, розбіжність.

Ключові слова: лазер на твердому тілі, одночастотна генерація, синхронізація мод, добуток параметрів, взаємодія електромагнітного поля з твердим тілом.

Аннотация

Пешко И.И. Физические процессы самовоздействия в твердотельных лазерах. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.05 - оптика, лазерная физика. - Институт физики НАН Украины, Киев, 2002.

Диссертация посвящена изучению физических процессов взаимодействия электро-магнитного поля с твердым телом, способных самоорганизовать определенные необычные режимы работы лазерных систем. Проведен систематический анализ поведения твердотельного лазера. Рассмотрены термофизические, кристаллографические, дисперсионные и спектроскопические параметры активной среды с целью поиска естественных процессов, стимулирующих самомодуляцию интенсивности, самосинхронизацию мод, частотную стабилизацию или достижение предельных лазерних параметров, как то: длительность импульсов, мощность, расходимость.

Ключевые слова: твердотельный лазер, одночастотная генерация, синхронизация мод, произведение параметров, взаимодействие электромагнитного поля с твердым телом.

Annotation

Peshko I.I. Self-effecting physical processes in the solid-state lasers. Manuscript.

Doctor degree thesis by speciality 01.04.05 - optics, laser physics. - Institute of Physics NAS of Ukraine, Kyiv, 2002.

The work is devoted to the research of the physical processes of electromagnetic fields - solid state -interactions that can self-control some unusual laser regimes of operation. The systematical analysis of the solid-state laser behavior was provided. Thermophysical, crystallographic, dispersion and spectroscopy parameters of the gain medium were taken under consideration to find the natural processes, stimulating the laser output intensity self-modulation, self-mode-locking, frequency self-stabilization or achievement of limit laser parameters (pulse duration, power, beam divergence).

The discreet spectrum of the laser output intensity relaxation frequencies was found that resonated with the frequencies of the loss modulation and prevented continuous laser operation. If the character relaxation time of the phase distortions in the generation channel is the same order of magnitude of the excitation life time, the periodical modulation appears with the period, depending on the pump power and both the specific times of relaxation and rise of the losses.

The theory of the interferometer with an absorbing mirror was improved and applied to the mini-laser with a thin-film selector. Single- and double-frequency, diode pumped lasers were built with Nd:YAG, Nd:YVO₄ and Nd:YLF gain matrices with output power up to 0.6W. Pulsed laser auto-operation of several seconds duration was experimentally proved. A method of “Laser Phase Intracavity Spectroscopy” based on the dependency of the single-frequency laser output on the position of a thin film in the linear cavity was proposed. The real and imaginary parts of the surface conductivity at optical frequencies of cobalt and chromium thin films were measured. The specific regimes of the linear tuning and the frequency self-stabilization were theoretically determined.

The theory of random signals of the radio band was applied to describe the properties of the wide light spectrum and mode locking process. It was shown that specific amplification bandwidth of the gain medium can provide the minimum pulse duration at a certain set of laser parameters and at a certain dispersion value of the gain medium. A method of generating “black” pulses (energy absence) was proposed and proved experimentally with use of the interferometer with the slowly movable mirror.

The thermal lens in the gain medium of high power solid-state laser has polarization, radial, and angular dependent aberrations that results in a complex amplitude-phase distribution of the mode configuration. It was shown that the beam parameters product in not invariant in linear transformations. With help of the external lens the beam parameters product of 330W-laser was decreased about 1.5 times.

The properties of the plasma plume generated by the laser beam with a specific intensity distribution were investigated. A correlation was found between the superconducting film properties and the thermal protocol of the deposition process, the geometry of the set-up, the laser beam intensity distribution, the plasma plume shape and oxygen pressure. Y-Ba-Cu-O superconducting thin films with high-quality parameters were deposited routinely.

Key words: solid-state laser, single-frequency operation, mode-locking, parameters product, electromagnetic fields - solid-state interactions.

Размещено на Allbest.ru