Введение
Глава 1. Механизмы изменений показателя преломления лазерных кристаллов при интенсивной накачке 32
1.1 Теоретическое описание основных механизмов инерционных изменений показателя преломления в лазерных кристаллах .32
1.2 Интерферометрические исследования изменений показателя преломления лазерного кристалла Nd3+:YAG при диодной или ламповой накачке .38
1.2.1 Продольная диодная накачка .39
1.2.2 Поперечная диодная накачка .44
1.2.3 Ламповая накачка и усиление светового пучка 48
1.3 Спектроскопические исследования механизмов заселения высоколежащих энергетических уровней в лазерных кристаллах, активированных ионами Nd3+ 50
1.4 Исследование изменений показателя преломления в кристалле Nd3+:YAG методом тестирования динамических решёток .55
1.4.1 Динамические решётки показателя преломления в кристаллах Nd3+:YAG с лазерной накачкой .55
1.4.1.1 Решётки, записанные на длине волны 808 нм 57
1.4.1.2 Решётки, записанные на длине волны 1064 нм 61
1.4.1.3 Решётки, записанные на длине волны 266 нм 63
1.4.2 Динамические решётки в кристалле Nd3+:YAG с ламповой накачкой 64
1.5 Оценка электронных изменений показателя преломления кристалла Nd3+:YAG на различных длинах волн тестирующего излучения .68
1.6 Исследования электронных изменений показателя преломления в лазерных кристаллах Nd3+:YVO4, Nd3+:GdVO4, Nd3+:GGG, Nd3+:LMA, Nd3+:KGW и Nd3+-содержащих стёклах 73
1.7 Исследования изменений показателя преломления лазерных кристаллов, активированных ионами Yb3+, при диодно-лазерной и лазерной накачке 76
1.7.1 Интерферометрические исследования кристалла Yb3+:YAG с диодной накачкой и кристаллов Yb3+:Lu2O3 и Yb3+:Sc2O3 с лазерной накачкой .77
1.7.2 Исследование лазерных кристаллов Yb3+:YAG, Yb3+:GGG, Yb3+:KYW, Yb3+:KGW, Yb3+:YVO4 методом тестирования динамических решёток 80
1.7.3 Исследование электронных изменений показателя преломления кристаллов, активированных ионами Yb3+, методом измерения дифференциального поглощения 84
1.7.4 Обсуждение механизма электронных изменений показателя преломления кристаллов, активированных ионами Yb3+ 86
1.8 Основные результаты и выводы главы 1 .87
Глава 2. Параметрическая генерация световых волн при четырёхволновом взаимодействии на динамических решётках, формируемых с участием внешнего сигнала в нелинейной среде с обратной связью 89
2.1 Теоретические исследования параметрической генерации при совместном вынужденном рассеянии пересекающихся световых волн в слое нелинейной среды с петлёй обратной связи .89
2.1.1 Геометрические особенности совместного вынужденного рассеяния пересекающихся световых волн 89
2.1.2 Порог параметрической генерации при совместном вынужденном рассеянии пересекающихся световых волн в нелинейной среде с петлёй обратной связи .92
2.1.3 Особенности совместного вынужденного рассеяния пространственно-неоднородных световых волн в нелинейной среде с петлёй обратной связи 99
2.2 Экспериментальные исследования параметрической генерации и обращения волнового фронта световых пучков при их совместном вынужденном рассеянии в слоях нематических жидких кристаллов с петлёй обратной связи 102
2.2.1 Параметрическая генерация и обращение волнового фронта лазерных пучков при их совместном температурном рассеянии .103
2.2.2 Параметрическая генерация и обращение волнового фронта лазерных пучков при их совместном ориентационном рассеянии 107
2.3 Параметрическая генерация при совместном вынужденном рассеянии пересекающихся световых пучков в усиливающих лазерных кристаллах с петлёй обратной связи 108
2.3.1 Экспериментальные и теоретические исследования взаимодействия двух световых пучков и вынужденного резонансного рассеяния в лазерных усилителях на кристаллах Nd3+:YAG с ламповой накачкой 108
2.3.2 Экспериментальные исследования параметрической генерации и обращения волнового фронта в лазерном усилителе на кристалле Nd3+:YAG с петлёй обратной связи 117
2.3.3 Теоретические исследования параметрической генерации при четырёхволновом взаимодействии в лазерном усилителе с петлёй обратной связи 124
2.3 Основные результаты и выводы главы 2 128
Глава 3. Твердотельные лазеры с резонаторами на динамических решётках 130
3.1 Общие принципы и схемы лазеров с резонаторами на динамических решётках .130
3.1.1 Качественный анализ условий генерации в динамическом резонаторе с “петлевым” нелинейно-оптическим зеркалом 130
3.1.2 Продольные моды лазера с петлевым резонатором на динамических решётках 132
3.1.3 Поперечные моды лазера с петлевым резонатором на динамических решётках 135
3.2 Лазеры с резонаторами, формируемыми с участием динамических решёток показателя преломления в слое нематического жидкого кристалла .138
3.2.1 Теоретические исследования cамостартующего лазера с резонатором на динамических решётках показателя преломления 140
3.2.2 Экспериментальные исследования лазеров с резонаторами на ориентационных или температурных динамических решётках 145
3.2.2.1 Лазеры с резонаторами на ориентационных динамических решетках 146
3.2.2.2 Лазеры с резонаторами на температурных динамических решетках 149
3.3 Лазеры на динамических решётках населённости рабочих уровней в лазерных кристаллах 151
3.3.1 Теоретическое описание твердотельных лазеров с резонаторами на динамических решётках населённости .151
3.3.1.1 Узкополосная модель генерации при наличии случайных источников 158
3.3.1.2 Многочастотная модель генерации .164
3.3.2 Экспериментальные исследования лазеров на кристаллах, активированных ионами Nd3+, с ламповой накачкой и резонаторами на динамических решётках в активной среде .167
3.3.2.1 Схемы лазеров с резонаторами на динамических решётках .167
3.3.2.2 Тестирование динамической решётки при генерации 170
3.3.2.3 Исследования кинетики и спектра генерации лазеров с резонатором, формируемым с участием одиночной динамической решетки 172
3.3.2.4 Лазеры на динамических решётках в режиме пассивной модуляции добротности с внутрирезонаторным насыщающимся поглотителем .176
3.3.2.5 Лазеры на динамических решётках в активной среде с высокой (в среднем по времени) мощностью генерации 178
3.3.3 Экспериментальные исследования лазеров на кристаллах с диодной накачкой и резонатором на динамических решётках населённости 183
3.3.3.1 Лазеры на кристаллах Nd3+:YAG с импульсной накачкой 183
3.3.3.2 Лазеры на кристалле Nd3+:YVO4 с непрерывной диодной накачкой .187
3.4 Основные результаты и выводы главы 3 191
Глава 4. Электронные изменения показателя преломления в иттербиевых волоконно-лазерных усилителях и их использование для когерентного сложения пучков многоканальных лазерных систем 193
4.1 Исследования изменений показателя преломления при накачке иттербиевых волоконных усилителей .193
4.1.1 Аналитические и численные исследования индуцированного изменения показателя преломления и фазового набега тестирующей волны .195
4.1.2 Экспериментальные исследования с помощью волоконного интерферометра .203
4.1.3 Оценка параметров электронных изменений показателя преломления иттербиевого волокна .209
4.2 Исследование когерентного сложения излучения в двухканальной системе эрбиевых волоконно-лазерных усилителей за счёт нелинейно-оптического управления показателем преломления волокна, активированного Yb3+ 211
4.3 Исследование низкопороговой модовой неустойчивости в маломодовых иттербиевых волоконных усилителях 221
4.3.1 Модовая неустойчивость в однонаправленном волоконном усилителе 221
4.3.2 Модовая неустойчивость в волоконном усилителе при наличии встречного сигнала .232
4.4 Основные результаты и выводы главы 4 238
Глава 5. Высокоэффективные твердотельные лазеры с параметрическим преобразованием излучения в средний ИК диапазон 240
5.1 Лазеры на кристаллах Nd3+:YVO4 с боковой диодной накачкой и параметрическое преобразование их излучения в средний ИК диапазон .240
5.1.1 Непрерывная и импульсно-периодическая генерация лазеров на кристаллических пластинах Nd3+:YVO4 c боковой диодной накачкой 241
5.1.2 Параметрическое преобразование излучения импульсно-периодического лазера на кристалле Nd3+:YVO4 в периодически-поляризованном элементе MgO:LiNbO3 в средний ИК диапазон 246
5.2 Лазеры на керамике Tm3+:Lu2O3 с диодной, лазерной или волоконно-лазерной накачкой и преобразование их излучения 249
5.2.1 Структурные, оптические и спектроскопические свойства лазерной керамики Tm3+:Lu2O3 .250
5.2.2 Исследование лазерной генерации при диодной накачке керамики Tm3+:Lu2O3 259
5.2.3 Исследование лазерной генерации в режиме синхронизации мод при лазерной накачке керамики Tm3+:Lu2O3 265
5.2.4 Исследование лазерной генерации при волоконно-лазерной накачке керамики Tm3+:Lu2O3 268
5.2.5 Гибридная система: волоконный лазер – керамический усилитель .273
5.2.6 Использование лазеров на керамике Tm3+:Lu2O3 для накачки лазеров на кристаллах Cr2+:CdSe и Cr2+:ZnSe, генерирующих в диапазоне длин волн 2,3-2,92 мкм 277
5.2.7 Параметрическое преобразование излучения лазера на керамике Tm3+:Lu2O3 в средний ИК диапазон .283
5.3 Лазеры на кристаллах Ho3+:YAG с лазерной и волоконно-лазерной накачкой и параметрическое преобразование их излучения в средний ИК диапазон .287
5.3.1 Лазеры с накачкой излучением Tm3+:YLF лазера .288
5.3.2 Лазеры с волоконно-лазерной накачкой 290
5.3.3 Эффективное параметрическое преобразование излучения Ho3+:YAG лазера в средний ИК диапазон 296
5.4 Использование разработанных тулиевых и гольмиевых лазеров в медицине 305
5.5 Основные результаты и выводы главы 5 309
Заключение 312
Список цитированной литературы 319
