Дисперсия показателей преломления нелинейных кристаллов твердых растворов и параметры, влияющие на эффективность преобразования частоты лазерного излучения

• Автор: Ланский, Григорий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВГ - вторая гармоника

ГВГ - генерация второй гармоники

ГРЧ - генерация разностной частоты

ГСЧ - генерация суммарной частоты

НК - нелинейный кристалл

НКТР - нелинейный кристалл твердого раствора

ПГС — параметрическая генерация света

ППЧ - параметрическое преобразование частоты

ФС - фазовый синхронизм

ГЛАВА I. НЕЛИНЕЙНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
1.1. Физические основы процесса генерации второй гармоники
1.2. Физические основы процесса параметрической генерации света
1.2.1. Математическая модель ПГС с импульсной накачкой
1.2.2. Анализ возможности выполнения условий фазового синхронизма
Выводы по главе
ГЛАВА II. МОДЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЁХЧАСТОТНЫХ ПРОЦЕССОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ
2.1. Влияние величины волновой расстройки на эффективность преобразования частот
2.2. Расчёт допустимых отклонений и вариаций состава нелинейных кристаллов твердых растворов
2.3. Оценки условий синхронизма и коэффициента качества для процесса генерации второй гармоники в объеме двухосных нелинейных кристаллов
2.4. Оценки угловой ширины синхронизма для трехчастотных процессов
преобразования частоты
Выводы по главе 2
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Линейные и нелинейные свойства кристаллов А^абз и твердого раствора
А^аСеб,,
3.1.1. Анализ условий фазового синхронизма
3.1.2. Экспериментальное исследование условий фазового синхронизма
3.2. Исследование линейных и нелинейных оптических свойств нелинейных кристаллов Н^Б,
3.3. Дисперсионные свойства нелинейных кристаллов твердых растворов 1Пп(5,.х5ех)2, л=0,1
3.3.1. Линейные и нелинейные оптические свойства кристаллов П1п32
3.3.2. Линейные и нелинейные оптические свойства кристаллов Шп8е2
3.4. Дисперсия показателей преломления нелинейных кристаллов твердых растворов
1Лп(Зе,.Д)2
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Актуальность темы
. Одним из самых перспективных путей решения проблемы создания источников когерентного излучения, работающих в пределах различных участков спектра, является применение методов нелинейной кристаллооптики. Выбор нелинейных кристаллов твердых растворов (НКТР) AgGaGe;rS2(1+4, Ыпф-хбеДг, ГЙСа^-Дзе^г и в
качестве объектов исследования обусловлен традиционным интересом к нелинейным кристаллам (НК), пригодным для эффективного параметрического преобразования частоты существующих лазеров с высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками, как в средний ИК-диапазон, так и в его пределах. Именно в среднем ИК-диапазоне успешно функционирует большое количество прикладных оптических систем гражданского и специального назначения, возможно создание новых перспективных систем. К их числу можно отнести лидары различного назначения для мониторинга природных и техногенных сред. Общей привлекательной характеристикой исследуемых НКТР является широкий диапазон прозрачности от 0,3-0,6 мкм до 12-15 мкм, позволяющий использовать в качестве источников накачки широко распространенные нано- и пикосекундные ЫАУАС- (Я = 1,064 мкм), фемтосекундные ТкБаррЫге- (Я — 0,7-г1,1 мкм), СгРоШегне- (Я = 1,25-+1,32 мкм) лазеры и перекрывать спектром преобразованных частот все основные окна прозрачности атмосферы.
Важной характеристикой рассматриваемых НКТР является положение коротковолновой границы спектра прозрачности в области длин волн 0,35-0,6 мкм, минимизирующее нелинейное двухфотонное поглощение для излучения накачки на длинах волн в области 1 мкм, а значит, и его влияние на эффективность параметрического преобразования частот. Кроме того, НКТР ^1-*СфСа254 претендуют на лидирующее положение в эффективности различных типов параметрического преобразования частоты в пределах среднего ИК-диапазона. Новые технологические успехи в выращивании хорошо известных одноосных НК А£Са5г, т.е. НКТР AgGaGexS2(l+4 при х = 0, позволяют пересмотреть их роль в прикладной нелинейной оптике. В свою очередь двухосные НКТР AgGaGeS4 (AgGaGe^S2(l+4 при х = 1) не только расширяют возможности НК AgGaS2 в параметрическом преобразовании частоты
В третьей колонке таблицы 2.1 и таблицы 2.2 приведены уравнения используемые применительно к одноосным кристаллам и применимые для расчёта условий фазового синхронизма в главных плоскостях двухосных НК. Однако для расчёта направлений синхронизма во всём объёме двухосных НК показатели преломления взаимодействующих волн необходимо рассчитывать по формулам
I b 1 Ь2 . с I b 1 Ь2 с
2а + 2 а2 а’П/~Ъа 2У V ( }

a = £xpx+Eyp2y+szp2x, с = ехеуех,
Ь={еУ +SZ)sXp2x +{еХ +£Z)syp2 +[еХ +£y)sZp2z.
В свою очередь, Ех =п2х, еу =п2, Ег = п], где пх, Пу, п2 - главные значения тензора
показателей преломления; рх = sin#cosp, ру =sin6,sinip, pz=cosd. Другими словами,
для определения направлений синхронизма ss-f и fs-f типа для ГВГ во всём объёме двухосных НК необходимо искать решения уравнений
п[=п{, (2.22а)
(<+гг{)=п,[ (2.226)
вычислительными методами, т.к. их аналитический расчёт невозможен [2].
В свою очередь, коэффициент качества кристаллов Meff, пропорциональный эффективности преобразования частоты, определяется как
(2.23)
Щ’Щ
Выражения для эффекпгвной нелинейности двухосных НК имеют вид [19]:
(2.24)
d$f = 2dlsAH(BCE - DHBCH + DE)+2duAH(BDH - CE)x
(BDE+CH)+d}lAE(BCH + DEf + d^AE{BDH-CEj +dnA2H2E
dy = -dl5ah(bce - dh)2 +ae(bce-dhXbch+de)-
du [ah{BDE+ CH)2 + AE(BDH-CEBDE+ СЯ)]- d3]AE(BCE-DH)(BCH+DE)- (2.25)
dnAE(BDH-CEBDE+CH)-dnA2E2H,