Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Мельников Л. А., Вешнева И. В., Конюхов А. И. Численное моделирование нелинейной динамики поперечной структуры поля в лазере // Известия вузов. ПНД. 1995. Т. 3, вып. 6. С. 73-89.

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 1995no6p073.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Детерминированный хаос
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.373.826

Численное моделирование нелинейной динамики поперечной структуры поля в лазере

Авторы: 
Мельников Леонид Аркадьевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (СГТУ)
Вешнева Ирина Владимировна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Конюхов Андрей Иванович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Аннотация: 

Представлены результаты расчетов динамики поперечной структуры поля в однонаправленном кольцевом лазере с быстрорелаксирующей активной средой произвольной оптической толщины. В расчетной модели учитывается конфигурация резонатора, содержащего сферические зеркала и диафрагмы; численные результаты даны для симметричного резонатора. Модовое разложение поля включало моды с радиальным и азимутальным индексом до 10 и 9 соответственно. Получены режимы стационарной генерации с деформированными модами, режимы квазипериодических осцилляций, а также режимы синхронизации, при которых изменение усиления и оптической силы зеркал не приводило к изменению частоты биений поперечных мод. Продемонстрированы фазовые сингулярности (оптические вихри) в поперечном профиле поля и их динамика.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Выполнение работы поддерживалось грантами №4000 Международного научного фонда и ESPRIT CONTRACT P9282-ACTCS, EC-RUSSIA COLLABORATION.
Список источников: 
  1. Волновые и флуктуационные процессы в лазерах / Ред. Ю.Л. Климонтович. М.: Наука, 1974.
  2. Firth WJ. Propagation of laser beams through inhomogeneous media. Opt. Commun. 1977;22(2):226-230. DOI: 10.1016/0030-4018(77)90024-4.
  3. Yariv A, Yeh P. The application of Gaussian beam. Formalism to optical propagation in nonlinear media. Opt. Commun. 1978;27(2):295-298. DOI: 10.1016/0030-4018(78)90384-X.
  4. Акчурин Г.Г., Мельников Л.А., Рабинович Э.М., Тучин В.В. И РЭ. 1981. Т.26. С. 1453.
  5. Мельников Л.A. Рабинович Э.М., Тучин В.В. Газоразрядные лазеры с линзоподобными средами. Саратов: Изд-во СГУ, 1987.
  6. Khanin Yal, Kagan AG, Novikov VP, Novikov MA, Polushnik IN, Shcherbakov AI. Experimental study of spectral condensation of dye laser emission near the absorption lines of intracavity atoms. Opt. Communs. 1980;32(3):456-458. DOI: 10.1016/0030-4018(80)90283-7.
  7. Рабинович M.H., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. М.: Наука, 1984.
  8. D'Angelo EJ, Green C, Tredicce JR, Abraham NВ, Balle S, Chen Z, Oppo GL. Symmetry breaking, dynamical pulsations, and turbulence in the transverse intensity patterns of a laser: the role played by defects. Physica D. 1992;61(1-4):6-24. DOI: 10.1016/0167-2789(92)90144-C.
  9. Chen Z, Abraham NB, Balle S, D'Angelo E, Tredicce JR. Transverse pattern development, phase vortex formation, and space-time dynamics in a laser model not restricted a priori to a few modes. In: Proc. SPIE. 1994. Vol. 2099. P. 2. DOI: 10.1117/12.179628.
  10. Coullet P, Gil L, Rocca F. Optical vortices. Opt. Commun. 1989;73(5):403-408. DOI: 10.1016/0030-4018(89)90180-6.
  11. Tamm Chr, Weiss СО. Bistability and optical switching of spatial patterns in a laser. J. Opt. Soc. Amer. B. 1990;7(6):1034-1038. DOI: 10.1364/JOSAB.7.001034.
  12. Lugiato LA, Oppo GL, Tredicce JR, Narducci LM, Pernigo MA. Instabilities and spatial complexity in a laser. J. Opt. Soc. Amer. B. 1990;7(6):1019-1033. DOI: 10.1364/JOSAB.7.001019.
  13. Hollinger F, Jung Chr, Weber H. Quasiperiodicity versus chaos in high power solid state lasers in multitransversal mode operation. Opt. Communs. 1990;75(1):84-92. DOI: 10.1016/0030-4018(90)90415-P.
  14. Brambilla M, Battipede F, Lugiato LA, Penna VV, Prati F, Tamm C, Weiss CO. Transverse laser patterns. I. Phase singularity crystals. Phys. Rev. A. 1991;43(9):5090-5113. DOI: 10.1103/physreva.43.5090.
  15. Lugiato LA, Oldano C, Narducci LM. Cooperative frequency locking and stationary spatial structures in lasers. J. Opt. Soc. Amer. B. 1988;5(5):879-888. DOI: 10.1364/JOSAB.5.000879.
  16. Lugiato LA. Spatio-temporal structures. Part I. Phys. Rep. 1992;219(3-6):293-310. DOI: 10.1016/0370-1573(92)90144-O.
  17. Lugiato LA, Prati F, Narducci LM, Ru Р , Tredicce JR, Bandy DK. Role of transverse effects in laser instabilities. Phys. Rev. А. 1988;37(10):3847-3866. DOI: 10.1103/physreva.37.3847.
  18. Weiss СО. Spatio-temporal structures. Part II. Vortices and defects in lasers. Phys. Rep. 1992;219(3-6):311-338. DOI: 10.1016/0370-1573(92)90145-P.
  19. Dangoisse D, Hennequin D, Lepers C, Louvergneaux E, Gloriex P. Two-dimensional optical lattices in a CO2 laser. Phys. Rev. A. 1992;46(9):5955-5958. DOI: 10.1103/physreva.46.5955.
  20. Petrossian A, Pinard M, Maitre A, Courtois JY, Grynberg G. Transverse-Pattern Formation for Counterpropagating Laser Beams in Rubidium Vapour. Europhys.Lett. 1992;18(8):689-695. DOI:  10.1209/0295-5075/18/8/005.
  21. Swartzlander GA, Law CT. Optical vortex solitons observed in Kerr nonlinear media. Phys. Rev. Lett. 1992;69(17):2503-2506. DOI: 10.1103/PhysRevLett.69.2503.
  22. Tredicce JR, Hayet G, Mindlin С. Eur. Quant. Electr. Conf., Firenze, Italy, 1993.
  23. Bonifacio R, Lugiato LA. Bistable absorption in a ring cavity. Lett. Nuovo Cimento. 1978;21:505-509. DOI: 10.1007/BF02763161.
  24. Gabetta G, Huang D, Jacobson J, Ramaswamy M, Ippen EP, Fujimoto JG. Femtosecond pulse generation in Ti:Al2O3 using a microdot mirror mode locker. Opt. Lett. 1991;16(22):1756-1758. DOI: 10.1364/OL.16.001756.
  25. Piche М. Beam reshaping and self-mode-locking in nonlinear laser resonators. Opt. Commun. 1991;86(2):156-160. DOI: 10.1016/0030-4018(91)90552-O.
  26. Kafka JD, Baer T. CLEO 1991, Tech. Digest Ser., (Opt. Soc. Amer., Washington DC) YМА2.
  27. Melnikov LA, Veshneva IV, Konukhov AI. Transverse pattern dynamics in a short-pulse mode-locked solid-state laser. Chaos, Solitons, and Fractals. 1994;4(8-9):1535-1546. DOI: 10.1016/0960-0779(94)90095-7.
  28. Melnikov LA, Tatarkova SA, Tatarkov GN. Nonlinear dynamics of beam parameters and intensity in a unidirectional ring laser with a homogeneously broadened line. J. Opt. Soc. Amer. B. 1990;7(7):1286-1292. DOI: 10.1364/JOSAB.7.001286.
  29. Veshneva LV, Melnikov LA, Sokolov AA, Tatarkov GN. Nonlinear Dynamics in Optical Systems. Tech. Digest (Opt. Soc. Amer.. Washington DC). 1992. Vol. 16. Р. 154.
  30. Вешнева И.В., Мельников Л.А. И Опт. и спектр. 1991. T. 71, C. 175.
  31. Дербов В.Л., Мельников Л.A. Новиков А.Д. // Квант. электр. 1987. T. 14. С.2529.
  32. Маркузе Д. Оптические волноводы и резонаторы. М.: Мир, 1974.
  33. Scully МО, Sargent M, Lamb WE. Laser Physics. Reading: Addison-Wesley; 1977. 432 p.
  34. Feit MD, Fleck JА. Light propagation in graded-index optical fibers. Appl. Opt. 1978;17(24):3390-3398. DOI: 10.1364/AO.17.003990.
  35. Shvartsman N, Freund I. Vortices in random wave fields: Nearest neighbor anticorrelations. Phys. Rev. Lett. 1994;72(7):1008-1011. DOI: 10.1103/PhysRevLett.72.1008.
  36. Brambilla M, Cattaneo M, Lugiato LA, Pirovano R, Prati F, Kent AJ, Oppo G-L, Coates AB, Weiss CO, Green C, D’Angelo EJ, Tredicce JR. Dynamical transverse laser patterns. I. Theory. Phys. Rev. А. 1994;49(2):1427-1451. DOI: 10.1103/PhysRevA.49.1427.
  37. Coates AB, Weiss СО, Green C, D'Angelo EJ , Tredicce JR, Brambilla M, Cattaneo M, Lugiato LA, Pirovano R, Prati F, Kent AJ, Oppo G. Dynamical transverse laser patterns. II. Experiments. Phys. Rev. А. 1994;49(2):1452-1466. DOI: 10.1103/physreva.49.1452.
  38. Jacobsen PK, Lega J, Feng Q, Staley M, Moloney JV, Newell AC. Nonlinear transverse modes of large-aspect-ratio homogeneously broadened lasers: I. Analysis and numerical simulation. Phys. Rev. A. 1994;49(5):4189–4200. DOI: 10.1103/physreva.49.4189.
  39. Lugiato LA, Kaige W, Abraham NB. Spatial pattern formation and instabilities in resonators with nonlinear dispersive media. Phys. Rev. A. 1994;49(3): 2049-2064. DOI: 10.1103/physreva.49.2049.
Поступила в редакцию: 
29.05.1995
Принята к публикации: 
30.11.1995
Опубликована: 
21.11.1996
  • 102 просмотра