ВНКСФ7: Рыбка Дмитрий Владимирович: Пространственная когерентность эксимерных лазеров

Пространственная когерентность эксимерных лазеров

Рыбка Дмитрий Владимирович
Томский государственный университет

Научный руководитель: Тельминов Евгений Николаевич, к.ф.-м.н.

За последнее время лазеры на красителях с интенсивной лазерной накачкой привлекли внимание исследователей как источники мощного излучения с перестраиваемой длиной волны. Прогресс в развитии этих лазеров в значительной степени обязан появлению мощных источников возбуждения.

Известно, что в мощных световых полях оптические свойства молекул могут изменяться. Тонкие физические эксперименты последних лет существенно повлияли на саму интерпретацию взаимодействия резонансного оптического излучения с атомами и молекулами. Прослеживается прямая связь изменения люминесцентных характеристик органических молекул при мощном возбуждении с их генерационными свойствами, определяющими оптимальные параметры лазеров на их основе.

В лаборатории лазерной физики отдела фотоники молекул СФТИ накоплен опыт по влиянию энергии, длительности, формы импульса накачивающего УФ излучения на фотопроцессы, протекающие в сложных органических соединениях и на генерационные характеристики красителей, возбуждаемых излучением мощных эксимерных лазеров. Исследование такого влияния предполагает надежное измерение характеристик лазеров накачки. Настоящая работа посвящена разработке методики по измерению степени пространственной когерентности излучения эксимерных электроразрядных лазеров.

В эксперименте использовался опыт Юнга. Из формул

(1)

(2)

где V - видность интерференционной картины, L - ширина щели, d - расстояние между щелями, эквивалентное области пространственной когерентности, l - длина волны излучения, а - расстояние от щелей до экрана, D x - расстояние между максимумами интерференционной картины, была произведена оценка параметров d и L. Следующая формула отображает связь видности интерференционной картины со степенью пространственной когерентности:

(3)

где I_max, I_min - интенсивности в максимуме и минимуме интерференционной картины, а I₁ и I₂ -интенсивности излучения, прошедшего через каждую из щелей.

В случае применения плоскопараллельного резонатора и при области когерентности d = 0,11мм видность интерференционной картины лазера ЛИДА 101 составляла ~ 30%. При использовании неустойчивого резонатора d ~ 0,12мм при V ~ 70 -80% (см. рис.1).

рис.1

При чем замечено, что при более высоких энергиях импульса, видность интерференционной картины хуже. Это можно объяснить большой долей фона, созданного, например, однопроходным усилением, когерентность которого значительно ниже.

При использовании эксимерной лазерной накачки нередко приходится фокусировать излучение для увеличения плотности энергии. Таким образом, актуален вопрос о влиянии оптических элементов схемы на когерентность накачки. При использовании линзы при той же d = 0,12 мм V ~ 55%. Плотности энергии увеличена на порядок.

У лазера ЭЛАН 01 замечено, что распределение функции пространственной когерентности не одинаково в горизонтальном и вертикальном направлениях. При постановке щелей перпендикулярно разрядному промежутку интерференционная картина не наблюдалась. Если развернуть щели параллельно разрядному промежутку, то получим устойчивую контрастную интерференционную картину с тремя яркими максимумами (см. рис.2).

рис.2

Видность картины не одинакова по горизонтали: в центре пучка ~ 60%, а на краях чуть меньше 80%, d ~ 0,06 мм.

Также часто в экспериментах приходится ослаблять интенсивность накачки, например, металлическими сетками. Проведенные эксперименты показывают, что использование одной сетки уменьшает видность на 10 %. Остальные сетки влияние на видность не оказывают.

По итогам работы можно сделать следующие выводы:

В ходе эксперимента отработана методика измерения степени и радиуса пространственной когерентности импульсных лазеров ультрафиолетового диапазона.

Использование кварцевых и стеклянных оптических элементов в нашем случае ухудшает степень пространственной когерентности на 25 - 30%.

Использование металлических сеток в качестве ослабителей оказывает меньшее влияние на видность интерференционной картины, чем кварцевые элементы.

Различная установка щелей относительно разрядного промежутка и по сечению пучка, изменяющая видность интерференционной картины, говорит о неоднородности функции пространственной когерентности по сечению пучка, что стимулирует дальнейшее исследование в данном направлении.