Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света - Дмитриев В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
При ВРГВГ на йодате лития структура пятна гармоники в дальней зоне имеет «полосчатый» (интерференционный) характер. Это объясняется сильной угловой критичностью синхронизма в йодате лития (наибольшей среди всех кристаллов; см. табл. П.З), в результате чего даже слабая фокусировка излучения в кристалл приводит к появлению полос в плоскости синхронизма. При использовании же ниобата лития поперечное сечение луча гармоники оказывается существенно более однородным, что связано с угловой некритич-ностью синхронизма.
В режимах твердотельных неодимовых лазеров с импульсной накачкой, характеризующихся мощностями в импульсе основного излучения 1 —10 МВт и частотами повторения импульсов 10—100 Гц, могут применяться кристаллы ниобата и йодата лития, CDA и DCDA. При небольших плотностях мощности основного излучения (30—50 МВт/см2) предпочтителен йодат лития, не требующий прецизионной стабилизации температуры; однако при этом необходимо применять последовательно размещенные кристаллы для компенсации диафрагменного апертурного эффекта. При возрастании плотности мощности основного излучения до значений ~ 100 МВт/см2 применяют кристаллы ниобата лития в схемах с термостабилизаторами и цепями обратной связи (для устранения неустойчивости температурной кривой синхронизма). Дальнейшее повышение плотности мощности излучения требует обращения к воднорастворимым кристаллам группы KDP.
В многомодовых режимах излучения импульсных неодимовых лазеров с плотностью мощности 100—300 МВт/см2 и средней мощностью порядка единиц ватт (малые частоты повторения импульсов) можно с успехом использовать кристаллы CDA, поддерживаемые при температуре синхронизма с относительно невысокой точностью. Недостаток кристалла CDA — близость температуры 90-градусного
состава
Приложение. Нелинейные кристаллы
345
синхронизма к комнатной, вследствие чего требуется принудительное охлаждение. Кристалл CDA очень чувствителен к влиянию тепловых самовоздействий (см. рис. 3.12), поэтому его не следует использовать при средних мощностях основного излучения ~ 10 Вт. Переход к кристаллу DCDA позволяет еще более повысить среднюю мощность (выше 10 Вт). Следует заметить, что температура 90-градусного синхронизма в кристалле DCDA с ростом степени дейтери-рования увеличивается; она может достичь значения, при котором воднорастворимые кристаллы неустойчивы (~ 100° С). Надо учитывать также, что кристаллы группы KDP плохо выдерживают резкие температурные перепады; нагревать или охлаждать их можно со скоростью не более 5° С/мин [5].
Применение кристаллов CDA и DCDA для удвоения частоты импульсных неодимовых многомодовых лазеров, работающих в периодическом режиме, связано в первую очередь с угловой некритич-ностью синхронизма в этих кристаллах (80 га 40 угл. мин; см. табл. П.З). В случае одномодового лазера более целесообразно использовать кристаллы KDP (для малых средних мощностей основного излучения) и DKDP (для средних мощностей порядка 10 Вт), как более доступные и дешевые, чем CDA и DCDA. Могут использоваться также ADP и DADP. Коэффициент нелинейной связи для KDP при оее-синхронизме не уступает таковому для CDA при 90-градусном оое-синхронизме, а большие длины и высокое качество кристаллов KDP и DKDP в сочетании с малой расходимостью одномодового излучения обеспечивают высокую эффективность преобразования (30—40%).
Заметим, что кристаллы KDP (DKDP) можно использовать (за неимением кристаллов CDA и DCDA) также и в многомодовом режиме при условии применения схем с компенсацией углового апертурного эффекта.
Генерация гармоник мощных неодимовых лазеров с малыми частотами повторения импульсов (а также в режиме одиночных импульсов), характеризующихся высокими значениями энергии и мощности в импульсе, возможна сегодня, по-видимому, только в кристаллах с большими рабочими апертурами и длинами. Большие апертуры связаны с необходимостью расширения луча основного излучения для снижения импульсной плотности мощности на входной грани кристалла до значений не выше 400 МВт/см2; такие апертуры при сохранении высокого оптического качества реализуются в настоящее время только для, кристаллов KDP.
Изложенные рекомендации^касались генерации второй гармоники излучения неодимовых лазеров, генерирующих на основной длине волны Я= 1,06 мкм. Неодимовые лазеры, эффективно работают также на Я = 1,32 мкм. Для генерации второй гармоники излучения таких лазеров рекомендуется использовать кристаллы ниобата бария-натрия (для непрерывных режимов), ниобата и йодата лития (для импульсных режимов с плотностью мощности излучения не выше 1007МВт/см2). Генерациятгармоники излучения с X = 1,32 мкм требует применения многоканальных (параллельных) удвоителей частоты. Для удвоения частоты сравнительно мало используемых в настоящее время рубиновых лазеров эффективен кристалл RDP.
346
Приложение. Нелинейные кристаллы
Для генерации четвертой гармоники неодимовых лазеров (1,06 мкм —» 0,26 мкм) практически пригодны только кристаллы KDP, ADP и формиата лития. Из табл. П.З видно, что коэффициенты нелинейной связи для этих кристаллов при преобразовании от
