Анотація до роботи:

Шевченко В.В. Імпульсно–періодичні джерела потужного випромінювання субмікронного діапазону. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 - “фізика приладів, елементів і систем”. – Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2004.

Дисертація присвячена вивченню нестаціонарних фізичних процесів мікросекундної тривалості, які протікають в елементах і вузлах потужних лазерів на барвниках із ламповою накачкою та в системах на їхній основі. У роботі досліджені електричні та світлові характеристики імпульсних ламп при потужних розрядах мікросекундної тривалості. Вивчені процеси формування просторово-кутових характеристик лазерів на барвниках і вплив на них теплових аберацій активного середовища та френелівського відбиття на стінках кювети. Досліджені спектральні, енергетичні та часові характеристики цих лазерів та вплив на них параметрів активного середовища і резонатора. Це дозволило створити ефективні імпульсні та імпульсно-періодичні лазери на барвниках із ламповою накачкою, які забезпечують перестроювання частоти випромінювання у субмікронному діапазоні спектра.

У даній роботі проведені комплексні теоретичні та експериментальні дослідження нестаціонарних фізичних процесів мікросекундної тривалості, що протікають в основних елементах лазерів на барвниках із ламповою накачкою та в системах на їх основі, які були виконані з метою створення ефективних імпульсно-періодичних джерел потужного випромінювання з перестроюванням частоти у субмікронному діапазоні спектра. Основні результати роботи такі:

1. Досліджено вплив основних фізичних процесів на формування мікросекундних імпульсів випромінювання імпульсно-періодичних лазерів на барвниках із ламповою накачкою та знайдені оптимальні умови, що забезпечують задані спектрально-енергетичні характеристики їх випромінювання.

5. Встановлено, що нестаціонарні процеси, які відбуваються у збудженому стані активних молекул барвників за участю внутрішньої та інтеркомбінаційної конверсій, за умови неоднорідного спектрального розподілу перерізів поглинання і випромінювання призводять до зміни спектральних та часових характеристик мікросекундних імпульсів випромінювання лазерів із ламповою накачкою.

6. Визначені оптимальні типи спектральних селекторів, які одночасно забезпечують задані спектральні і високі енергетичні характеристики випромінювання та мають високу променеву стійкість, знайдені типи барвників та підібрані відповідні донорно-акцепторні пари органічних сполук, що забезпечило неперервне перестроювання довжини хвилі випромінювання цих лазерів у видимому діапазоні спектра із спектральною шириною лінії 0,10,01 нм.

7. Визначені умови, при яких газорозрядні аргонові лазери із секційною трубкою забезпечують потужність випромінювання порядку кількох десятків Вт, завдяки чому вони виявилися ефективними для збудження потужних лазерів на барвниках неперервної дії, які можуть перестроювати довжину хвилі випромінювання шляхом зміни температури спиртових розчинів, зокрема, родаміна 6Ж - у діапазоні 570630 нм.

Вивчено одночасний вплив основних фізичних чинників, зокрема, теплових аберацій різних порядків та ковзного відбиття променів від стінок кювети на просторово-кутові характеристики випромінювання імпульсно-періодичних лазерів на барвниках із ламповою накачкою, та визначені умови, що забезпечують кутове розходження цього випромінювання менше 5 мрад при мікросекундних тривалостях імпульсів.

1. У наближенні аберацій парного порядку та уявлень геометричної оптики і променевої матриці знайдені основні характеристики нестаціонарного резонатора лазера із неоднорідним активним елементом.

2. Встановлено, що умова стійкості еквівалентного резонатора із зростанням енергії, поглинутої розчином барвника, змінюється, і резонатор протягом одного імпульсу мікросекундної тривалості може переходити зі стійкого типу в нестійкий та навпаки.

3. Встановлено, що високу спрямованість випромінювання лазерів цього класу може забезпечити лише одночасне виконання кількох умов, зокрема: стабілізація температури активного елемента та рідини, що використовується для його охолодження; вибір оптимальної концентрації барвника; використання кутового селектора.

Досліджені нестаціонарні фізичні процеси, які протікають в імпульсних лампах при потужних розрядах мікросекундної тривалості, що дозволило врахувати виявлені закономірності цих процесів при розробці серії оригінальних ламп, і на їх базі створити ефективні системи накачки, які забезпечують задані спектрально-енергетичні характеристики випромінювання імпульсно-періодичних лазерів на барвниках з ККД ~1%.

1. Запропоновані нові безконтактні методи і засоби вимірювання електричних характеристик потужних високовольтних розрядів мікросекундної тривалості, які базуються на модуляції оптичного випромінювання у електрооптичному кристалі, що дозволило виявити та описати основні закономірності еволюції і гістерезис електричних характеристик розрядного проміжку імпульсних ламп.

2. Встановлено, що різниця часових параметрів мікросекундних імпульсів світла і електричного струму в ксенонових лампах визначається спектральною смугою прозорості їхньої оболонки, еволюцією спектра випромінювання та концентрацією газу-наповнювача.

3. Розроблені нові методи розрахунку лампових систем накачки лазерів на барвниках, які дозволили одночасно забезпечити необхідний ресурс та вирішити проблеми спектрального узгодження випромінювання ламп зі смугою поглинання активного елемента і електричного узгодження контуру живлення з нелінійним опором їх розрядного проміжку.

Досліджено генерацію другої гармоніки в кристалах дігідрофосфата калію випромінюванням імпульсно-періодичних лазерів на барвниках із ламповою накачкою, яке перестроюється в широкому діапазоні спектра. Знайдені оптимальні умови нелінійно-оптичного перетворення частоти та визначені вимоги до оптичних елементів і параметрів випромінювання цих лазерів при мікросекундних тривалостях імпульсів, що забезпечило ефективну генерацію другої гармоніки та перестроювання довжини хвилі у ділянці 260360 нм ультрафіолетового діапазону.

Розроблені і створені ефективні джерела потужного лазерного випромінювання субмікронного діапазону і системи на їхній основі.

1. Імпульсно-періодичні лазери на барвниках серії “Промінь-2”, які забезпечують середню потужність випромінювання 0,510 Вт при частоті 10 Гц, повний ККД ~1%, перестроюються у діапазоні 450720 нм при ширині лінії 0,1 нм, і мають кутове розходження менше 5 мрад.

2. Імпульсно-періодичне джерело когерентного ультрафіолетового випромінювання, яке завдяки генерації другої гармоніки може перестроюватися у діапазоні 260360 нм і забезпечує пікову потужність порядку декількох кіловатів та середню потужність - кілька десятків мВт.

3. Медична установка “Зонд-1”, призначена для роздрібнення каменів у внутрішніх органах людини методом лазерної літотрипсії.

Публікації автора:

1. Шевченко В.В. Исследование основных характеристик излучения импульсных ламп при разрядах микросекундной длительности // Оптика и спектроскопия. – 2000. – Т. 88, № 2. - С. 336-340.

2. Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Мощные разряды микросекундной длительности в импульсных лампах // Журн. прикл. спектроскопии. - 1985. – Т. 43, № 6. - С. 901-910.

3. Шевченко В.В. Расчет спектрально-временных характеристик излучения импульсных ксеноновых ламп // Радиофизика и электроника. -Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 1998. – Т. 3, № 2. - С. 57-63.

4. Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Шевченко В.В. Лазеры на красителях в ИРЭ НАН Украины // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2004. – Т. 9. Спец. выпуск. - С. 91-111.

5. Дзюбенко М.И., Маслов B.B., Пелипенко В.П., Шевченко B.B. Исследование влияния дежурного разряда на эффективность импульсно-периодических лазеров на красителях с ламповой накачкой // Оптика и спектроскопия. - 1995. – Т. 78, № 4. - С. 700-703.

6. Шевченко В.В. Электрическое и спектральное согласование в ламповых системах накачки импульсных лазеров // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2003. - 8, №1. -C. 102-109.

7. Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Мощный лазер с ламповой накачкой на растворах органических соединений // Приборы и техника эксперимента. - 1988. - № 4. - С. 165-167.

8. Дзюбенко М.И., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Высокоэффективные лазеры на красителях с ламповой накачкой // Квант. электроника. - 1991.- Т. 18, № 10. - С. 1215-1216.

9. Дзюбенко М.И., Маслов B.B., Пелипенко В.П., Шевченко B.B. Импульсно-периодические лазеры на красителях с ламповой накачкой // Квант. электроника. - 1995. – Т. 22, № 5. - С. 436-438.

10. Дзюбенко М.И., Замковой А.С., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Исследование параметров лазера на красителях с ламповой накачкой при субмиллисекундных длительностях // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2003. - Вып. 131. - С. 111-117.

11. Науменко И.Г., Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Эволюция пространственно-угловых характеристик лазеров на красителях с ламповой накачкой // Квант. электроника. - 1993. – Т. 20, № 2. - С. 123-128.

12. Shevchenko V.V. Ray Trajectories in the Axial-Symmetric Inhomogeneous Medium of a Dye Laser // Telecommunications and Radio Engineering. – 2001. – Vol. 55, № 2. - P. 77-83.

13. Науменко И.Г., Пелипенко В.П., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Исследование пространственно-угловых характеристик лазеров на растворах органических соединений // Квант. электроника. - Киев: Наукова думка. - 1992. - Вып. 43. - С. 3-24.

14. Шевченко В.В. Геометрическая оптика аксиально-симметричной неоднородной усиливающей среды // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 1999. - Вып. 110. - С. 93-99.

15. Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Study of the spatial-angular distribution of flashlamp-pumped dye laser emission in various solvents // Functional Materials. - 1996. – Vol. 3, № 4. - P. 529-533.

16. Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Перестраиваемые импульсно-периодические лазеры на красителях с ламповой накачкой // Квантовая электроника. -1998. – Т. 25, № 12. - С. 1091-1094.

17. Шевченко В.В. Расчет спектрально-временных характеристик излучения перестраиваемых лазеров на красителях с ламповой накачкой // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2003. – Т. 8, № 3. - С. 386-392.

18. Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Перестраиваемые импульсно-периодические лазеры на красителях с ламповой накачкой // Вісник Харківського Університету. Радіофізика та електроніка. - 2002. - № 570, В. 2. - С. 53-54.

19. Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В., Пилипенко С.М., Кавецкас С.Ю., Ерохин А.А., Сорокин Л.П., Усов И.А. Лазерный литотриптер “Зонд-1”// Оптика атмосферы и океана. - 1995. – Т. 8, № 11. - С. 1672-1675.

20. Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Tunable Pulse-Periodic Dye Laser // Telecommunications and Radio Engineering. - 1999. – Vol. 53, № 7-8. - P. 149-157.

21. Дальченко П.Г., Дзюбенко М.И., Шевченко В.В. Аргоновый лазер с секционированной разрядной трубкой // Квант. электроника. - Киев: Наукова думка. - 1984. - Вып. 27. - С. 47-50.

22. Дзюбенко М.И., Науменко И.Г., Шевченко В.В. Генерация второй гармоники лазерами на красителях с ламповой накачкой // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2001. – Т. 6, № 3. - С. 305-308.

23. Dzyubenko M.I., Kolpakov S.N., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Research of the Features of the Second Harmonic Generation by Pulse-Periodic Flashlamp-Pumped Dye Lasers // Telecommunications and Radio Engineering. - 2002. – Vol. 57, № 10-11. - P. 148-155.

24. Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Импульсно-периодический источник перестраиваемого излучения для ультрафиолетовой области спектра // Фотобіологія та фотомедицина. – 2001. – Т. 4, № 1-2. – С. 102-103.

25. Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Исследование импульсно-периодического источника излучения, перестраиваемого в ультрафиолетовом диапазоне спектра // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т Радиофизики и электроники НАН Украины. - 2002. – Т. 7, № 2. - С. 385-391.

26. Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Импульсно-периодический источник перестраиваемого излучения для ближней УФ области спектра // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2003. - Вып. 135. - С. 75-77.

27. А.С. № 1411587 СССР, МК³: G 01 D 5/34. Способ дистанционного измерения электрических и магнитных величин и устройство для его осуществления / В.В. Шевченко // Открытия. Изобретения. – 1988. - № 27. - С. 148-149.

28. А.С. № 1046713 СССР, МК³: G01R 29/12. Устройство для измерения напряженности импульсных электрических полей / В.И. Соловаров, В.В. Шевченко // Открытия. Изобретения. – 1983. - № 37. - С. 233.

29. А.С. № 1322901 СССР, МК³: H01J 61/90; НОS1 3/092. Устройство для накачки импульсных лазеров на растворах органических соединений /
    В.П. Пелипенко, М.И. Дзюбенко, В.В. Шевченко // Открытия. Изобретения. – 1988. - № 10. - С. 274.

30. АС. № 1549439 СССР, МК³: G01R 61/90. Лазер на растворах органических соединений и устройство для его осуществления / В.П. Пелипенко, М.И. Дзюбенко, И.Г. Науменко, В.В. Шевченко // Открытия. Изобретения. – 1990. - № 9. - С. 271.

31. Shevchenko V.V. Spectral – temporal characteristics of radiation from flash lamp with discharges of short duration // Proceedings SPIE. - 2000. – Vol. 4071. - P. 146-152.

32. Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Investigation and elaboration of pulse-periodic flashlamp-pumped dye lasers // Proceedings SPIE. - 1995. – Vol. 2619. - P. 144-149.

33. Dzyubenko M.I., MaslovV.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Study of the spectral and spatial-angular characteristics of pulse-periodic flashlamp-pumped dye laser // Proceedings SPIE. - 1998. - Vol. 3403. - P. 194-199.

34. Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Flashlamp-pumped dye laser for near IR and UV regions of spectrum // Proceeding CAOL’2003. 1st International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (16-20 Septermber, 2003). - 2003 - Vol. 1. - P. 165-167.

35. Dzyubenko M.I., Naumenko I.G., Shevchenko V.V. Second-harmonic generation from a flashlamp-pumped dye lasers at the microseconds pulses // Proceeding LFNM’2001. 3d International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (May 22-24, 2001). - 2001. - P. 105-108.

36. Shevchenko V.V. Research of the special features of the second harmonic generation of tunable radiation from flashlamp-pumped dye lasers // Proceeding LFNM’2002. 4d International Workshop on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (June 3-5, 2002). - 2002. - P. 84-89.

37. Dzyubenko M.I., Kolpakov S.N., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Research of the second harmonic generation by microseconds pulses of radiation of the flashlamp-pumped dye lasers // Proceedings SPIE. – 2001. - Vol. 4680. - P. 35-41.

38. Dzyubenko M.I., Kolpakov S.N., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Study of the pulse-periodic source of the tunable radiation for ultraviolet range of a spectrum // Proceedings SPIE. - 2001. - Vol. 4747. - P. 245-252.

39. Shevchenko V.V. Features of the second harmonic generation by tunable radiation of the flashlamp-pumped dye lasers // Proceedings SPIE. - 2002. - 5066. P. 21-26.

40. Dzyubenko M.I., Maslov V.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Dye laser systems of the "PROMIN’" series for bio-medical applications // Тезисы докл. 10 научно-практическ. конф. “Применение лазеров в медицине и биологии”. –Харьков, 1998. - С. 132-133.

41. Дзюбенко М.І., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В., Пилипенко С.М., Кавецкас С.Ю., Ерохін А.А., Сорокін Л.П., Усов І.О. Лазерна медична установка “Зонд-1” // Тези доп. науково-практ. конф. “Науковомісткі технології подвійного призначення”. - Київ: КВГУЗ, 1994. - С. 174-175.

42. Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В., Пилипенко С.М., Кавецкас С.Ю., Ерохин А.А., Сорокин Л.П., Усов И.А. Лазерный литотриптер “Зонд-1” // Тезисы докл. 3 научно-практическ. конф. “Применение лазеров в медицине и биологии”. – Харьков: ИРЭ НАН Украины, 1994. - С. 157-158.

43. Дзюбенко М.И., Маслов В.В., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Установки серии “ПРОМІНЬ-2” на основе мощных импульсно-периодических лазеров на красителях с ламповой накачкой // Труды 3 конф. “Лазерная физика и спектроскопия”. - Гродно, 1997. - С.156-158.

44. Dzyubenko M.I., MaslovV.V., Pelipenko V.P., Shevchenko V.V. Tunable flashlamp-pumped dye laser systems of the PROMIN’ type // Proc. of International Technology Transfer Conference (ITT-98). – Iowa, 1998. - P. 153-155.

45. Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Исследование генерации второй гармоники микросекундными импульсами излучения лазеров на красителях с ламповой накачкой // Тезисы докладов конференции “Лазеры. Измерения. Информация” (С.-Петербург, 6-7 июня 2001 г.). - С.-Петербург, 2001. - С. 9-10.

46. Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Маслов В.В., Пелипенко В.П. Шевченко В.В. Лазеры на красителях с ламповой накачкой для медико-биологических применений // Тезисы докладов конференции “Лазеры для медицины, биологии и экологии” (С.-Петербург, 21-22 ноября 2001 г.). - С.-Петербург, 2001. - С. 34-35.

47. Shevchenko V.V. Designing of high-power pump-systems based on the xenon flashlamps // ICPLC-2002. Abstract Book and Program. International conference on physics of laser crystals (Kharkiv-Stary Saltov, Ukraine, August 26 - September 2, 2002). - Kharkiv. - 2002. - P. SC-13.

48. Дзюбенко М.И., Колпаков С.Н., Пелипенко В.П., Шевченко В.В. Источник перестраиваемого ультрафиолетового излучения // Матер. ХVII Международн. научн.-практ. конф. “Применение лазеров в медицине и биологии”. -Харьков, 2002. - С. 66.

49. Shevchenko V.V. Evolution of spectral characteristics of radiation during lasing of microsecond pulses by tunable dye lasers // International Conference on the Noise Radar Technology (Kharkov, Ukraine, 21-23 October 2003). Abstracts. - Kharkov: IRE NAS, Ukraine, 2003. – P. 17.