Читать онлайн «Моделирование взаимодействия излучения с веществом в задачах лазерной оптики: Учебное пособие»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ В. Ю. Храмов, В. В. Назаров, А. Е. Пушкарева, Д. Ю. Сачков, О. П. Сидорова МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ В ЗАДАЧАХ ЛАЗЕРНОЙ ОПТИКИ Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 В. Ю. Храмов, В. В. Назаров, А. Е. Пушкарева, Д. Ю. Сачков, О. П. Сидорова Моделирование взаимодействия излучения с веществом в задачах лазерной оптики. Учебное пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 111 с. В учебном пособии изложены вопросы, связанные с твердотельными лазерными системами, нелинейной оптикой, биохимией, медицинской биофизикой, биологией и анатомией человека. Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 200200 «Оптотехника» и 140400 «Техническая физика». Рекомендовано к печати на заседании Ученого Совета Инженерно- физического факультета 14 сентября 2010 г. протокол № 1. В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена Программа развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт- Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009–2018 годы. © Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2010 © В. Ю. Храмов, В. В. Назаров, А. Е. Пушкарева, Д. Ю. Сачков, О. П. Сидорова, 2010 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение 5 1 Точечная модель одномодового лазера 6 1. 1 Исследование двухуровневнего одномодового лазера в 11 режимах свободной генерации и модулированной добротности 1. 2 Исследование одномодового лазера с трех- и 14 четырехуровневой активной средой 1. 3 Исследование режима свободной генерации лазеров на 19 базе активированных ионами Er лазерных кристаллов в условиях диодной накачки 1. 4 Моделирование режима периодической модуляции 24 потерь в твердотельном лазере с непрерывной накачкой 1. 5 Моделирование стационарного режима генерации 27 твердотельного лазера Литература 30 2 Исследование фазового синхронизма в процессах трехволнового 31 взаимодействия в нелино-оптических кристаллах 2. 1 Определение углов синхронизма при суммировании 34 частот в одноосных нелинейно-оптических кристаллах 2. 2 Определение углов синхронизма для генерации второй 37 гармоники в одноосных нелинейно-оптических кристаллах 2. 3 Определение углов синхронизма для генерации второй 40 гармоники в двуосных нелинейно-оптических кристаллах 2. 4 Исследование диапазона перестройки длин волн 45 параметрической генерации Литература 50 3 Пространственные характеристики излучения лазеров с 51 внутрирезонаторными термооптическими неоднородностями 3. 1 Моделирование устойчивых резонаторов 51 твердотельных лазеров с учетом тепловой линзы в активном элементе 3. 2 Определение параметров теплопереноса для 57 цилиндрических активных элементов твердотельных лазеров 3. 3 Исследование термооптических искажений, наводимых 61 в цилиндрических активных элементах твердотельных лазеров 3  3. 4 Исследование углового распределения излучения 67 твердотельного лазера с неустойчивым резонатором и внутрирезонаторными оптическими неоднородностями 3. 5 Исследование амплитудно-фазового отклика 71 диэлектрического градиентного зеркала Литература 77 4 Взаимодействие лазерного излучения с биологическими 78 средами 4. 1 Распространение лазерного излучения в мутных 84 биологических средах 4. 2 Исследование влияния оптических параметров слоев 89 кожи на характер распространения в коже лазерного излучения 4. 3 Моделирование длительного лазерного нагрева 97 биологической среды Литература 107 Кафедра лазерной техники и биомедицинской оптики 108 4  ВВЕДЕНИЕ Данное учебное пособие посвящено проблемам моделирования взаимодействия лазерного излучения с активными средами и оптическими элементами твердотельных лазеров, нелинейно-оптическими кристаллами, а также биотканями.