Генерация второй гармоники, суммарных и разностных частот излучения лазера на окиси углерода в кристаллах ZnGeP2 и GaSe

• Автор: Киняевский, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание.
Введение

Глава 1. Обзор литературы: СО лазер и преобразование его частоты в

нелинейных кристаллах для газового анализа и лазерной

химии

1.1 Общие сведения о СО лазере

1.2 Мощные СО лазерные системы

1.3 СО лазер для газового анализа

1.4 СО лазер для лазерной химии

1.5 Нелинейные кристаллы для преобразования частоты излучения СО лазера

1.6 Выводы к Г лаве
Глава 2. Расчёт углов фазового синхронизма для преобразования частоты излучения СО лазера
2.1 Расчёт углов фазового синхронизма генерации суммарных частот в кристаллах 2пСеР2 и Оа8е
2.2 Расчет углов фазового синхронизма генерации разностной частоты в спектральном интервале в 4-9 мкм в кристаллах 2пОсР2 и

2.4 Расчёт углов фазового синхронизма генерации разностной частоты с длиной волны более 10 мкм в кристалле ваБе
2.4 Выводы к Главе
Глава 3. Экспериментальное исследование преобразования частоты излучения СО лазера в кристаллах ZnGeP2 и Оа8е
3.1 Экспериментальная установка: неселективный СО лазер низкого давления с накачкой разрядом постоянного тока и модуляцией добротности резонатора
3.2 Исследование генерации второй гармоники и суммарных частот в кристаллах 2пОеР2 и ОаБе при накачке излучением неселективного
СО лазера
3.3 Экспериментальное исследование преобразования частоты излучения СО лазера в спектральный интервал 4-9 мкм в кристалле
2пСеР
3.4 Выводы к Г лаве
Глава 4. Исследование преобразования частоты излучения мощного
наносекундного СО лазера
4.1 Широкоапертурная электроионизационная криогенная СО лазерная установка
4.2 Генерация второй гармоники СО лазера, излучающего миллисекундный
цуг наносекундных импульсов
4.3. Стабилизация режима синхронизации мод СО лазера
4.4 СО лазерная система задающий генератор - лазерный усилитель, излучающая миллисекундный цуг наносекундных импульсов
4.5 Генерация второй гармоники СО лазерной системы задающий генератор - лазерный усилитель, излучающей миллисекундный цуг наносекундных импульсов
4.6 СО лазерная система задающий генератор — лазерный усилитель, излучающая микросекундный цуг наносекундных импульсов
4.7 Преобразование частоты излучения СО лазерной системы задающий генератор - лазерный усилитель, излучающей микросекундный цуг наносекундных импульсов
4.8 Выводы к Главе
Заключение
Список литературы

Введение
Впервые генерация лазерного излучения на колебательно-вращательных переходах молекулы окиси углерода (СО) была получена в 1964 году [Ра1с11964]. К настоящему времени достигнут значительный прогресс в развитии СО лазеров [1ошп2007]. Эффективность СО лазеров с криогенным охлаждением достигает -50% [ВЬаигшк1972. Ветошкин2007] от вложенной энергии в активную среду, что обусловлено каскадным механизмом генерации и медленной релаксацией колебательной энергии в тепло. Средняя мощность излучения СО лазера со сверхзвуковой прокачкой активной среды, возбуждаемой несамостоятельным разрядом, достигает -100-200 кВт [ОутзЫ181994, Горшков1989]. Важной особенностью СО лазера является наличие большого количества линий излучения в широком спектральном диапазоне, который перекрывает интервалы длин волн 4.6-8.2 мкм (основная или фундаментальная полоса колебательных переходов с изменением колебательного квантового числа ДУ = 1) и 2.5-4.2 мкм (полоса переходов первого колебательного обертона с изменением колебательного квантового числа ДУ = 2), в которых расположены характерные частоты и фундаментальные полосы поглощения многих веществ и материалов в различных агрегатных состояниях. Высокая мощность, стабильность и когерентность излучения в большом частотном диапазоне перестройки в среднем ИК-диапазоне создают предпосылки для широкого использования излучения СО лазера, как в научных исследованиях, так и промышленных технологиях [Алейников1990].
Ниже приводится далеко неполный перечень [Алейников1990, с.215] возможных применений излучения СО лазера: зондирование многокомпонентных газовых смесей, неравновесных (колебательно- и электронно-возбужденных) газовых сред, низкотемпературной плазмы; разделение изотопов и управление химическими реакциями путем селективного фотовоздействия; создание систем контроля природной среды путем лазерного зондирования атмосферы; коагуляция кровеносных сосудов и опухолей в лазерной хирургии и многие другие.
Спектральная ширина линии излучения СО лазера может быть очень узкой и достигать 100 кГц [Мш1г1998] (~10‘6 см'1), а среднее расстояние между линиями

16 X, мкм
Рис.2.2. Углы фазового синхронизма ГВГ по I и 11 типу взаимодействия в кристалле ОаБе в зависимости от длины волны излучения накачки Из-за слоистой структуры, изготовление кристаллов СаЯе с произвольной ориентацией граней к оптической оси весьма затруднительно, поэтому ввод/вывод излучения под большими углами к оптической оси составляет отдельную сложную задачу. Однако в широком диапазоне длин воли от 2 мкм до 16 мкм внутренние углы ФС по I типу не превышают 20” и эти процессы могут быть реализованы без применения особых усилий для ввода/вывода излучения, что значительно шире, чем диапазон ГВГ в кристалле гнОсРт.
Углы ФС ГВГ по II типу в диапазоне длин волн 3-9 мкм типу не превышают 20° и поэтому ГВГ по II типу также может быть реализована без применения особых усилий для ввода/вывода излучения. Минимум дисперсионной зависимости угла ФС ГВГ по I и II типу, также как и для кристалла ZnGeP2, находится вблизи длины волны 5.8 мкм. Поэтому в кристалле ОаБе также возможно преобразование широкополосного излучения.
Проведены расчёты угловой ширины фазового синхронизма ГВГ по I типу в кристалле 2пСеР2. Угловой шириной ФС является угловая отстройка Л0 от точного угла ФС, при которой эффективность преобразования уменьшается в 2 раза. Мощность излучения ГВГ может быть рассчитана по следующей формуле [Гурзадян1991]: