Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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

Для цитирования:

Мельников Л. А., Конюхов А. И., Рябинина М. В. Динамика поперечной поляризационной структуры поля в лазерах // Известия вузов. ПНД. 1996. Т. 4, вып. 6. С. 33-53. DOI: 10.18500/0869-6632-1996-4-6-33-53

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 1996no6p033.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Обзоры актуальных проблем нелинейной динамики
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.373.826
DOI: 
10.18500/0869-6632-1996-4-6-33-53

Динамика поперечной поляризационной структуры поля в лазерах

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

Представлен краткий обзор работ по изучению поперечной: и поперечно поляризационной структуры поля излучения в лазерах. Представлены теоретические и расчетные модели, используемые для исследования динамики поперечной поляризационной структуры в лазерах с резонаторами с вращением изображения и учитывающие структуру магнитных подуровней рабочего перехода. Для лазера класса А с поляризационно-изотропным резонатором и неограниченным числом поперечных мод методами численного моделирования проведено исследование динамики поля, режимов генерации, влияния спонтанной эмиссии на генерируемые структуры.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Выполнение данной работы поддерживалось, в частности, грантами NS4000 и №4300 Международного научного фонда.
Список источников: 
  1. Abraham NB, Lugiato LA, Nаrducci LM, editors. Special Issue «Laser instabilities». J. Opt. Soc. Am. В. 1985;2(1):1-264.
  2. Bandy DK, Oraevsky AN, Tredicce JR, editors. Special Issue «Nonlinear dynamics in lasers». J. Opt. Soc. Am. В. 1988;5(5).
  3. Abraham NB, Firth W, editors. Special Issue «Transverse effects in nonlinear optical systems». J. Opt. Soc. Am. В. 1990;7(6-7).
  4. Lugiato LA, editor. Special Issue «Nonlinear optical structures, patterns, chaos». Chaos Solitons Fractals. 1994;4(8-9).
  5. Brambilla M, Lugiato LA, Penna V, Prati F, Таmm C, Weiss СО. Transverse laser patterns. II. Variational principle for pattern selection, spatial multistability, and laser hydrodynamics. Phys. Rev. A. 1991;43(9):5114-5120. DOI: 10.1103/physreva.43.5114.
  6. Staliunas K. Laser Ginsburg - Landau cquation and laser hydrodynamics. Phys. Rev. A. 1993;48(2):1573-1581. DOI: 10.1103/physreva.48.1573.
  7. Lugiato LA, Oldano С, Narducci LM. Cooperative frequency locking and stationary spatial structures in lasers. J. Opt. Soc. Am. В. 1988;5(5):879-888. DOI: 10.1364/JOSAB.5.000879.
  8. Coullet Р, Gil L, Rocca F. Optical vortices. Opt. Comm. 1989;73(5):403-408. DOI: 10.1016/0030-4018(89)90180-6.
  9. Орро G-L, D’ Alessandro GP, Firth WJ. Spatiotemporal instabilities of lasers in models reduced via center manifold techniques. Phys. Rev. A. 1991;44(7):4712-4720. DOI: 10.1103/physreva.44.4712.
  10. Mandel Р, Georgiou M, Erneux Т. Transverse effects in coherently driven nonlinear cavities. Phys. Rev. A. 1993;47(5):4277-4286. DOI: 10.1103/physreva.47.4277.
  11. Tlidi M, Georghiou M, Mandel P. Transverse patterns in nascent optical bistability. Phys. Rev. A. 1993;48(6):4605-4609. DOI: 10.1103/physreva.48.4605.
  12. Lega J, Jakobsen PK, Moloney JV, Newell AC. Nonlinear tranverse modes of large aspect ratio homogeneously broadened lasers II: pattern analysis near and beyond threshold. Phys. Rev. A. 1994;49(5):4201-4212. DOI: 10.1103/physreva.49.4201.
  13. Lefever R, Lugiato LА, Wang K, Abraham NB, Mandel P. Phase dynamics of transvers diffraction patterns in the laser. Phys. Lett. A. 1989;135(4-5):254-258. DOI: 10.1016/0375-9601(89)90108-4.
  14. Wang K, Abraham NB, Lugiato LA. Leading role of optical phase instabilities in the formation of certain laser transverse patterns. Phys. Rev. A. 1993;47(2):1263-1273. DOI: 10.1103/PhysRevA.47.1263.
  15. Staliunas K. Vortices and dark solitons in the two-dimentional nonlinear Schrodinger equation. Chaos Solitons Fractals. 1994;4(8-9):1783-1796. DOI: 10.1016/0960-0779(94)90111-2.
  16. Дьяконов М.И., Перель В.И. K теории газового лазера в магнитном поле // Оптика н спектр. 1966. Т. 20. С. 472.
  17. Соколов B.A., Фрадкин Э.Е. Двухмодовые режимы генерации в кольцевом газовом лазере с двухизотопной активной средой // Кв.электроника. 1975. Т. 2. С. 807.
  18. Hanson D, Sargent M. Theory of Zeeman ring laser: General formaiism. Phys. Rev. A. 1974;9(1):466-480. DOI: 10.1103/PhysRevA.9.466.
  19. Веткин B.A., Хромых А.М. Конкуренция продольных мод в кольцевом лазере с анизотропным резонатором // Кв. электроника. 1972. Т. 3. С. 59.
  20. Тиунов E.A., Фрадкин Э.Е. Нелинейное взаимодействие эллиптически-поляризованных волн в кольцевом газовом лазере в магнитном поле // Кв.электроника. 1982. Т. 9, С. 889.
  21. Мельников Л.А., Савельев И.И., Четвериков В.И. Динамика кольцевого газового лазера с циркулярно-анизотропным резонатором в существенно надпороговом режиме генерации // Кв. электроника. 1984. T.5, № 5. С.937.
  22. Мейтленд А., Данн М. Введение в физику лазеров. 1978.
  23. Maeda H, Shimoda K. Theory of the inverted Lamb dip with a Gaussian beam. J. Appl. Phys. 1976;47(3):1069-1071. DOI: 10.1063/1.322726.
  24. Titov A. Saturated reflective index frequency shifts in lasers stabilized by saturated absorption. Opt. Comm. 1982;43(6):419-424. DOI: 10.1016/0030-4018(82)90149-3.
  25. Мельников Л.А., Дербов B.Л., Новиков А.Д. Новый метод решения задач о самовоздействии и его применение для расчета асимметрии контура резонансного поглощения в гауссовых пучках//Кв. электроника. 1987. Т. 14, № 12. С.2529.
  26. Дербов B.Л., Мельников Л.А., Новиков А.Д. Асимметрия резонансов насыщения за счет линзовых и апертурных эффектов при распространении внеосевых гауссовых пучков в нелинейной среде // Кв. электроника. 1989. Т. 16, № 8. С. 1652.
  27. Шпак И.В., Фрадкин Э.E., Хоменко Ю.М., Довбешко A.M., Сидоренко В.С. Численное исследование дифракционной невзаимности кольцевых оптических генераторов // Оптика и спектр. 1983. Т. 55, вып.1. С. 100.
  28. Khanin Yal, Kagan AG, Novikov VD, Novikov MA, Polushuik IN, Shcherbakov АI. Experimental study of spectral condensation of dye laser emission near the absorption lines of intracavity atoms. Opt. Comm. 1980;32(3):456-458. DOI: 10.1016/0030-4018(80)90283-7.
  29. Мельников Л.A., Рабинович Э.М., Тучин B.B. Газоразрядные лазеры с линзоподобными средами. Саратов: Изд-во СГУ, 1987.
  30. Богатов A.П, Елисеев П.Г. Нелинейная оптика полупроводниковых лазеров // Итоги науки и техники. Cep. Радиотехника.1986. Т. 35. С.208.
  31. Ramaswamy-Paye M, Fujimoto JG. Compact dispersion-compensating geometry for Kerr-lens mode-locked femtosecond lasers. Opt. Lett. 1994;19(21):1756-1758. DOI: 10.1364/ol.19.001756.
  32. Cormier J-F, Piche M, Salin Е. Suppression of beam breakup in self-mode-locked Ti:sapphire lasers. Opt. Lett. 1994;19(16):1225-1227. DOI: 10.1364/ol.19.001225.
  33. Cerullo G, De Silvestri S, Magni V. Self-starting Kerr-lens mode locking of a Ti:sapphire laser. Opt.Lett. 1994;19(14):1040-1042. DOI: 10.1364/ol.19.001040.
  34. Gabetta G, Huang Р, Jacobson J, Ramaswamy М, Ippen EP, Fujimoto JG. Femtosecond pulse generation in Ti:Al2O3 using а microdot mirror mode locked. Opt. Lett. 1991;16(22):1756-1758. DOI: 10.1364/ol.16.001756.
  35. Briges RE, Boyd RW, Agraval GP. Effect of beam ellipticity on self-mode locking in lasers. Opt. Lett. 1993;18(23):2026-2028. DOI: 10.1364/ol.18.002026.
  36. Haus HА, Fujimoto JG, Ippen ЕP. Analytic theory of additive pulse and Kerr lens mode locking. IEEE J. Quantum Electron. 1992;28(10):2086-2096. DOI: 10.1109/3.159519.
  37. Arecchi FT, Giacomelli G, Ramazza PL, Residori S. Experimental evidence of chaotic itinerancy and spatiotemporal chaos in optics. Phys. Rev. Lett. 1990;65(20):2531-2534. DOI: 10.1103/PhysRevLett.65.2531.
  38. McDonald GS, Firth WJ. Spatial solitary-wave optical memory. J. Opt. Soc. Am. В. 1990;7(7):1328-1335. DOI: 10.1364/JOSAB.7.001328.
  39. McDonald GS, Firth WJ. Switching dynamics of spatial solitary wave pixels. J. Opt. Soc. Am. В. 1993;10(6):1081-1089. DOI:                        10.1364/JOSAB.10.001081.
  40. Brambilla M, Lugiato LA, Penna MV, Prati F, Pagani P, Vanotti Р, Li MY, Weiss СО. The laser as nonlinear element for an optical associative memory. Opt. Comm. 1992;92(1-3):145-164. DOI: 10.1016/0030-4018(92)90234-I.
  41. Vanotti Р, Pagani Р, Lugiato LA, Penna MV. All-optical associative memory based on the use of the laser as а nonlinear element. Opt. Lett. 1992;17(21):1526-1528. DOI: 10.1364/ol.17.001526.
  42. Akhmanov SA, Vorontsov MA, Ivanov VYu, Larichev AV, Zheleznykh NI Controlling transverse-wave interaction in nonlinear optics: generation and interaction of spatiotemporal structures. J. Opt. Soc. Am. В. 1992;9(1):78-90. DOI: 10.1364/JOSAB.9.000078.
  43. Smith CP, Dihardja Y, Weiss СО, Lugiato LA, Prati Е, Vanotti P. Low energy switching of laser doughnut modes and pattern recognition. Opt. Comm. 1993;102(5-6):505-514. DOI: 10.1016/0030-4018(93)90430-D.
  44. Kolobov MI, Sckolov IV. Spatial behaviour of squeezed states of light and quantum noise in optical images. Sov. Phys. JETP. 1989;69(6):1097-1104. Kolobov MI, Sckolov IV. Squeezed states of light and quantum noise-free optical images. Phys. Lett. A. 1989;140(3):101-104. DOI: 10.1016/0375-9601(89)90498-2. Kolobov MI, Sckolov IV. Multimode squeezing, antibunching in spase and noise-free optical images. Europhys. Lett. 1991;15(3):271-276. DOI: 10.1209/0295-5075/15/3/007.
  45. La Porta А, Slusher RE. Squeezing limits at high parametric gains. Phys. Rev. A. 1991;44(3):2013-2022. DOI: 10.1103/physreva.44.2013.
  46. Lugiato LA, Castelli Е. Quantum noise reduction in а spatial dissipative structure. Phys. Rev. Lett. 1992;68(22):3284-3286. DOI: 10.1103/PhysRevLett.68.3284.
  47. Lugiato LA, Gatti А. Spatial structure of a squeezed vacuum. Phys. Rev. Lett. 1993;70(25):3868-3871. DOI: 10.1103/PhysRevLett.70.3868.
  48. Grynberg С, Lugiato LA. Quantum properties of hexagonal patterns. Opt. Comm. 1993;101(1-2):69-73. DOI: 10.1016/0030-4018(93)90325-Y.
  49. Lugiato LA, Castelli Е. Non-Local Behaviour in the Far-Field of the Optical Parametrical Oscillator Above Threshold, Paper QMD2. In: Conference on Lasers and Elektro-Optic. European Quantumn Electronics Conference. September 1996, Hamburg, Germany. P. 8.
  50. Law CT, Swartzlander GAJr. Polarized optical vortex solitons: instabilities and dynamics in Kerr nonlinear media. Chaos, Solitons Fractals. 1994;4(8-9):1759-1766. DOI: 10.1016/0960-0779(94)90109-0.
  51. Gudelev VG, Svirina LP, Zhurik YuP. Antiphase polarization dynamics influenced by noise in а single-mode gas laser with anisotropic cavity. Рrос. SPIE. 1996;2792:118-124. DOI: 10.1117/12.239165.
  52. Kul'minskii АМ, Seriat C, Vilaseca RA, Corbalan R. Polarization effects in the dynamics of optically pumped lasers. Proc. SPIE. 1996;2792:125-135. DOI: 10.1117/12.239166.
  53. Martin-Regalado J, San Miguel M, Abraham NB, Prati Р, Tissoni С. Роlarization properties and transverse mode characteristics in quantum well vertical cavity surface-emitting lasers. Proc. SPIE. 1996;2792:136-147. DOI: 10.1117/12.239167.
  54. Milovsky ND, Khanin Yal, Khandokhin PA, Bielawski S, Derozier Р, Glorieux DP. Dynamics of class-B laser with two elliptically polarized modes. Proc. SPIE. 1996;2792:148-156. DOI: 10.1117/12.239168.
  55. Voitovich AP, Kul'minskii AM, Loiko YuV, Severikov VN. Spontaneous polarization symmetry breaking in gas lasers and its observation possibilities. Proc. SPIE. 1996;2792:157-165. DOI: 10.1117/12.239169.
  56. Yasinskii VM. Polarization dynamics in He-Ne ring laser. Proc. SPIE. 1996;2792:166-170. DOI: 10.1117/12.239170.
  57. Melnikov LA, Veshneva IV, Konukhov А. Transverse pattern dynamics in short-pulse mode-locked solid-state laser. Chaos Solitons Fractals. 1994;4(8-9):1535-1546. DOI: 10.1016/0960-0779(94)90095-7.
  58. Arnoud JA. Nonorthogonal optical waveguides and resonators. The Bell System Technical Journal. 1970;49(9):2311-2348. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1970.tb02528.x.
  59. Савельев И.И., Хромых А.М. Продольные моды объемного кольцевого резонатора // Квантовая электроника. 1976. Т. 3, № 7. С. 1517.
  60. Виницкий С.И., Дербов В.Л., Дубовик B.M., Марковски Б.Л., Степановский Ю.П. Топологические фазы в квантовой механике и поляризационной оптике // УФН. 1990. Т. 160, вып.6.
  61. Волновые и флуктуационные процессы в лазерах / Под ред. Ю.Л. Климонтовича. 1974.
  62. Раутиан С. Г., Смирнов Г. И., Шалагин А.М. Нелинейные резонансы в спектрах атомов п молекул. 1979.
  63. Мельников Л.А. Пространственно-временная динамика световых полей в лазерах, резонансных средах и оптических волноводах. Дисс.... д-ра. физ.-мат. наук. Саратов: СГУ, 1992.
  64. Segev M, Solomon R, Yariv А. Manifestation of Berry’s Phase in Image-Bearing Optical Beams. Phys. Rev. Lett. 1992;69(4):590-592. DOI: 10.1103/PhysRevLett.69.590.
  65. Собельман. И.И. Введение в теорию атомных спектров. M., 1963.
  66. Савельев И.И. К теории зеемановского газового лазера бегущей волны при больших интенсивностях излучения // Квантовая электроника. 1979. T.6. C.632.
Поступила в редакцию: 
28.10.1996
Принята к публикации: 
27.12.1996
Опубликована: 
08.04.1997
  • 254 просмотра