Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света - Дмитриев В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Схема а) применяется в наиболее простых конструкциях преобразователей частоты, отличающихся высокой степенью надежности, например, в серийных отечественных генераторах ЛТИПЧ [43]. Простота и надежность конст-
3.7. Оптические схемы
211
рукции при использовании такой схемы обеспечивается за счет определенного снижения эффективности преобразования.
Схема б) со сферическим расширителем пучка применяется в случаях, когда требуется уменьшить расходимость основного излучения и тем самым уменьшить волновую расстройку. Хотя при этом снижается плотность мощности излучения, однако в целом эффективность преобразования может быть увеличена (за счет уменьшения волновой расстройки). Данная схема применяется также, если плотность мощности излучения лазера превышает порог, соответствующий лучевой стойкости кристалла.
При использовании относительно маломощных непрерывных или квазинепрерывных лазеров требуется увеличение плотности мощности основого излучения. В подобных случаях может быть применена схема в), предназначенная для .фокусировки излучения в нелинейный кристалл. При
Рис. 3.27
212
Гл. 3. Специальные вопросы генерации второй гармоники
'/
t
У
Рис. 3.28
этом прибегают к оптимальной фокусировке (см. § 2.9). В таких схемах обычно используется 90-градусный синхронизм для исключения эффекта сноса энергии необыкновенной волны, сильно проявляющегося при малой апертуре пучка.
Подчеркнем, что как расширение, так и фокусировка пучка имеют положительную и отрицательную стороны. При расширении уменьшается расходимость, и следовательно, уменьшается волновая расстройка. Однако при этом снижается плотность мощности основного излучения. При фокусировке, напротив, повышается плотность мощности, зато возрастает расходимость. Наиболее оптимальное разрешение этого противоречия (с точки зрения эффективности преобразования) найдено в схемах с цилиндрическими линзами.
Схемы с цилиндрическими линзами. Эффективность преобразования во вторую гармонику критична к расходимости пучка лишь в плоскости синхронизма (иначе говоря, в плоскости главного сечения кристалла) и некритична к расходимости пучка в перпендикулярной плоскости. Иными словами, на волновую расстройку существенно влияет расходимость пучка, показанная на рис. 3.29, а и слабо влияет расходимость, показанная на рис. 3.28, б (это обстоятельство использовалось в § 2.5). Именно на этом и основано применение цилиндрических линз в высокоэффективных схемах генерации второй гармоники [44]. На
3.7. Оптические схемы
213
214
Гл. 3. Специальные вопросы генерации второй гармоники
рис. 3.29 представлены четыре таких схемы. Здесь: 1 — лазер; 2 — нелинейный кристалл; S — плоскость синхронизма.
Схема на рис. 3.29, а используется как расширитель пучка. Она имеет две цилиндрические линзы, образующие которых направлены вдоль оси у, т. е. перпендикулярно к плоскости синхронизма (см. рисунок). Расширение пучка, а следовательно, уменьшение расходимости происходит только вдоль оси х, т. е. в плоскости синхронизма. В перпендикулярной же плоскости пучок не расширяется, его расходимость вдоль у остается неизменной; это не отражается на волновой расстройке, зато очень важно для сохранения относительно высокой плотности мощности излучения. Таким образом, расходимость пучка уменьшается в данной схеме только в той плоскости, в какой это существенно с точки зрения уменьшения волновой расстройки, что позволяет избежать излишнего увеличения площади поперечного сечения пучка и, как следствие, ненужного снижения плотности мощности излучения.
Схема на рис. 3.29, б используется для фокусировки пучка в нелинейный кристалл. Она имеет собирающую цилиндрическую линзу, образующая которой ориентирована вдоль оси х, т. е. параллельно плоскости синхронизма. В результате фокусировки расходимость пучка увеличивается только в плоскости, перпендикулярной к плоскости синхронизма, что несущественно с точки зрения волновой расстройки. В то же время расходимость пучка в плоскости синхронизма, сильно влияющая на волновую расстройку, в данном случае не возрастает.
Для достижения большей эффективности преобразования желательно, однако, чтобы расходимость в плоскости синхронизма не просто не возрастала, но уменьшалась бы (это особенно важно при использовании лазеров с относительно высокой расходимостью). Поэтому наиболее оптимальной оказывается схема, показанная на рис. 3.29, в [45]. Нетрудно видеть, что данная схема есть комбинация двух предыдущих схем. Она имеет три цилиндрические линзы. Две линзы (с образующими вдоль оси у) уменьшают расходимость пучка в плоскости синхронизма, т. е. уменьшают волновую расстройку. При этом должна, очевидно, уменьшаться плотность мощности излучения. Однако, третья линза (собирающая линза с образующей вдоль оси х) фокусирует
3.7. Оптические схемы
213
излучение в нелинейный кристалл за счет несущественного с точки зрения волновой расстройки увеличения расходимости пучка в плоскости, перпендикулярной к плоскости синхронизма.
На рис. 3.29, г показана схема, эквивалентная схеме на рис. 3.29, в. Здесь две собирающие цилиндрические линзы со взаимно перпендикулярными образующими заменены собирающей сферической линзой [45]. Очевидно, что данная схема является более простой, нежели схема на рис. 3.29, в.
