Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
13.2. ОПТИЧЕСКИЕ И НЕЛИНЕЙНООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БОРАТОВ
Кристаллы (3-ВаВ204 оптически одноосные, отрицательные. К достоинствам (З-ВаВгО^ как нелинейно-оптического материала, можно отнести [14]:
1) большой эффективный нелинейно-оптический коэффициент (АффР-ВаВгОо = 6</Эфф KDP при X = 1,06 мкм);
2) слабую температурную зависимость двупреломления, обеспечивающую высокую термостабильность синхронизма;
3) высокий порог лазерной прочности (=13 ГВт/см2 для 1 нс импульсного излучения неодимового лазера и 7 ГВт/см2 для 750 пс для X = 0,532 мкм. Порог лазерного разрушения поверхности составляет около 12,9 Дж/см2 [5]).
Некоторые свойства боратов приведены в табл. 13.2.
Большая разность электроотрицательностей атомов В и О в связи В - О обеспечивает широкий диапазон прозрачности (190. ..3500 нм) и делает эти кристаллы важнейшими материалами для применения в УФ области спектра, в частности, для получения пятой гармоники неодимового лазера [3 - 5]. Прозрачность ВВО в УФ области спектра и широкий частотный диапазон синхронизма (минимальная длина 300
Таблица 13.2. Оптические и нелинейно-оптические свойства боратов
Свойство ВВО LBO
Диапазон прозрачности, нм 190...3500 160...3500
Показатели преломления N} = 2,4517 - 0,01177/(0,0092 - X2) -
No (X = 1,06 мкм) 1,6551 - 0,0096 Л.2
Nt (X = 1,06 мкм) 1,5426 N} = 2,5279 +
No (X = 0,53 мкм) 1,6750 + 0,01652/(0,0054 + X2) - 0,001137Jl2
Nt (X = 0,53 мкм) 1,5555 N,2 = 2,5818 - 0,01414/(0,0118 + X2) -
No (X = 0,266 мкм) 1,7571 - 0,01457Л.2
Nt (Я = 0,266 мкм) 1,6139
No (X = 0,213 мкм) 1,8465
Nt(X = 0,213 мкм) 1,6742
(dNo/dT), °С-' -16,6-10*
(dNJdT), °С-1 -9,3-10-6
Для X = 0,4... 1,0 мкм нелинейные коэффициенты, м/В: Аз = 1,78 10'2 Аз = 0,610-'5
А1 = As = 0,1210-12 Л2 = Л 4 = 1,17 10-12
Углы синхронизма (оое) для длин волн, нм: 1064 -> 0,532 22,8 град Ai =As= 1,08-10-'2
780 ->390 29,9 град -
730 ->365 32,1 град -
410,3 -> 205,1
Диапазон синхронизма X, мкм 0,200...1,500 _
1&Т, °С см: 1064+1064 -> 532 нм (рое) 50 3,9
(оее) 37 -
(еое) 25 -
1064+532 -> 355 нм (оое) 15 -
(оее) 13 -
(еое) 12 -
532+532-> 266 нм (оое) 4 -
/-Д0, угл.мин см: 1064+1064 -> 532 нм (оое) 1,81 106
(еое) 2,73 -
1064+532 -> 355 нм (оое) - -
(оее) 0,91 -
(еое) 1,19 -
532+532 -> 266 нм (оое) 2,99 -
(оее) 0,58 -
1-йХ, нм-см 0,66 -
волны, для которой возможен синхронизм, 205 нм) позволяют использовать этот кристалл для генерации четвертой и даже пятой гармоники неодимового лазера. ВВО - один из наиболее эффективных удвоителей частоты перестраиваемых лазеров на красителях и на александрите. Кристаллы ВВО принадлежат точечной группе сим-
301
метрии Зш и, следовательно, эффективные коэффициенты нелинейности для ВВО для взаимодействия типа I вычисляются как
Лфф = 1 sin0 + rfncos9cos3cp
и для взаимодействия типа II как
</эфф = d\ 1 sin29 sin3cp,
где 9 и ср - полярный и азимутальный углы в полярной системе координат, связанной кристаллографическими осями (9 отсчитывается от оси z, ср - от оси х).
В табл. 13.3 приведены угловые и температурные характеристики некоторых кристаллов - конкурентов ВВО. Из табл. 13.3 следует, что синхронизм в ВВО некритичен к изменению температуры, но у ВВО очень небольшая угловая ширина синхронизма. Малая величина Д9 требует высокой точности настройки на угол синхронизма и не позволяет эффективно использовать ВВО для удвоения излучения многомодовых лазеров и лазеров со значительным расхождением луча, в частности полупроводниковых лазеров. Недостатками Р-ВаВ204 можно считать то, что кристалл имеет небольшую угловую ширину синхронизма (менее 1 мрадсм).
Несмотря на то, что кристаллы LBO прозрачны до 160 нм из-за малого двупреломления, минимальные длины волн, для которых в этих кристаллах возможен синхронизм, не превышают 554 нм [14]. Эффективный коэффициент нелинейности LBO несколько меньше, чем у ВВО [</,ФФ (LBO) = 4,8 (KDP)]. Величина Афф в зависимости от угла синхронизма в кристалле LBO показана на рис. 13.5.
По данным [14] величины F = d^l2/n 3, определяющие интенсивность генерации гармоник, и измеренные для ГВГ лазера ИАГ: Nd, для кристаллов KDP, ВВО и LBO соотносятся как Fkdp : Fbbo : Flbo = 1 : 2,2: 2,1.
Таблица 13.3. Сравнительные характеристики температурной и угловой расстройки синхронизма некоторых нелинейных кристаллов при генерации гармоник лазера на HATrNd
Кристалл Тип взаимодействия 0с, угл. град де, угл. мнн АТ, °С d,фф 1012, м/В
ВВО оое 22,8 1,8 50 2,11
еое 32,7 2,7 37 1,80
KDP оое 9,4 9,4 11 0,29
еое 18,2 18,2 13 0,39
DKDP оое 8,3 8,3 7 0,24
еое 17,2 17,4 6,7 0,38
КТР оое 23 32 25 7,37
302
Важной характеристикой LBO является их высокая лазерная прочность: порог оптического разрушения LBO, измеренный при воздействии неодимового лазера (X = 1,064 мкм) с длительностью импульса 100 пс почти в два раза выше, чем у KDP [15].
Следует заметить, что из-за небольшого двупреломления LBO имеет относительно небольшой угол сноса луча, что наряду с некритичносгью к угловому рассогласованию, позволяет использовать этот кристалл для генерации гармоник лазеров, имеющих большую расходимость луча. Преимущества ВВО - в малой температурной чувствительности показателей преломления, и этот кристалл может быть использован для суммирования частот мощных лазеров, излучение которых может приводить к нагреву нелинейного элемента. Кроме того, LBO и ВВО удобны для суммирования частот перестраиваемых лазеров, в частности лазеров на красителях.
