Генерация поляризационно-неоднородных мод в мощном $\rm{CO}_2$-лазере

Приведен метод описания радиально и азимутально поляризованных лазерных мод, лишенный внутренних противоречий и необоснованных ограничений. Найденные решения волнового уравнения удовлетворяют уравнению Максвелла $\nabla E=0$. Это позволило вычислить все компоненты полей таких мод, включая продольную. В рамках приближения Дебая приведены формулы для острой фокусировки радиально и азимутально поляризованных мод. Экспериментально реализованы методы внутрирезонаторной генерации таких мод в мощном технологическом $СО_2$-лазере и внерезонаторные способы их преобразования друг в друга. Для внутрирезонаторной генерации азимутально поляризованных мод в качестве заднего глухого зеркала использовались $V$-образные аксиконы и металлические дифракционные зеркала с периодом рельефа порядка длины волны, а для генерации радиально поляризованного изучения – дифракционные зеркала с периодом рельефа порядка двух длин волн. Впервые получены поляризационно-неоднородные $TEM_{01}^*$- и $TEM_{11}^*$-моды при мощности излучения до 1.8 кВт. Степень поляризации при этом была близка к 100% во всем диапазоне мощности излучения как в близкой, так и в дальней зоне. С использованием двух полуволновых фазосдвигателей реализовано преобразование азимутально поляризованного излучения в радиально поляризованное и наоборот; энергетическая эффективность преобразования составила 92%. Полученные результаты открывают возможность технологических применений такого излучения.