Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света - Дмитриев В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
В схеме на рис. 3.32, а вторая гармоника, возникшая в кристалле 2, выводится из процесса взаимодействия (за счет вывода из оптической схемы), так что генерация второй гармоники в кристалле 3 начинается заново. Указанный вывод второй гармоники осуществляет призма Глана 4\ он основан на том, что поляризации волн основной частоты и второй гармоники взаимно перпендикулярны. Число каскадов (число нелинейных кристаллов) в подобной схеме может быть большим.
Рис. 3.32
3.7. Оптические схемы
219
Схема на рис. 3.32, б аналогична схеме на рис. 3.32, а. Различие состоит в том, что здесь вторая гармоника, возникшая в кристалле 2, выводится из процесса взаимодействия не за счет вывода ее из сх^мы, а за счет поворота ее плоскости поляризации на 90°. Этот поворот осуществляет вращатель 6, характеризующийся дисперсией поворота плоскости поляризации. Подбором длины вращателя добиваются, чтобы на его выходе поляризация второй гармоники совпадала с поляризацией основного излучения. Очевидно, что вторая гармоника, поляризованная в плоскости синхронизма, пройдет через кристалл 3, не участвуя во взаимодействии, так что генерация второй гармоники в кристалле 3 начинается заново.
Подавление процесса обратной перекачки энергии во вторую гармонику может быть достигнуто также за счет соответствующей взаимной ориентации двух нелинейных кристаллов. Этот вопрос исследовался в [48], где были рассмотрены четыре варианта взаимной ориентации кристаллов, представленных на рис. 3.33, а. В результате решения на ЭВМ уравнений (2.4.1) были получены кривые синхронизма /2 (Ak) для указанных вариантов. Эти кривые показаны на рис. 3.33, б; штриховой кривой для сравнения показана зависимость /2 от Ak для одного кристалла. Видно, что вариант III наиболее выгоден для эффективного удвоения частоты. В этом случае процесс обратной перекачки энергии во вторую гармонику существенно подавлен во втором кристалле в широком диапазоне значений Ak.
220
Гл. 3. Специальные вопросы генерации второй гармоники
о)
Рис. 3.34
1 3 4
б)
Многопроходовые схемы. При использовании больших однородных слабонелинейных кристаллов (например, кристаллов KDP) можно эффективно удлинить нелинейный кристалл, применив многопроходовую схему. Такая схема показана на рис. 3.34, а, где 1 — лазер; 2 — нелинейный кристалл; 3 — уголковые отражатели; 4 — выходное излучение. Показанная на рисунке схема является девяти-проходовой: за счет многократных отражений излучение девять раз проходит через кристалл.
Модификацией многопроходовой схемы является схема генерации второй гармоники в пассивном резонаторе, показанная на рис. 3.34, б. Здесь 1 — лазер; 2 — нелинейный кристалл; 3 ¦— левое зеркало пассивного резонатора (оно прозрачно для излучения основной частоты и непрозрачно для второй гармоники); 4 — правое зеркало (оно прозрачно для основного излучения и имеет оптимальный коэффициент отражения на частоте второй гармоники). Расчет такой схемы проводился в [49].
Схема генерации четвертой гармоники. Четвертую гармонику можно получить в результате удвоения частоты второй гармоники. Для этого может быть использована схема, показанная на рис. 3.35 (оое-синхронизм), где 1 — лазер,
Рис. 3.35
3.7. Оптические схемы
221
генерирующий плоскополяризованное излучение на частоте со; 2 — нелинейный кристалл, в котором генерируется вторая гармоника; 3 — нелинейный кристалл, в котором генерируется четвертая гармоника; 4 — фильтр., перекрывающий излучение на частоте ш (во избежание нагрева кристалла 3) и пропускающий излучение на частоте 2со Плоскости синхронизма кристаллов взаимно перпендикулярны. Это есть необходимое условие того, чтобы в кристалле 2 происходил процесс со + (о -»- 2со, а в кристалле 3 процесс 2со + 2со 4ю.
При генерации четвертой гармоники, как второй гармоники от второй гармоники, могут быть использованы те же схемы формирования пучка основного излучения, что и при генерации второй гармоники.
Генерация второй гармоники с использованием векторного синхронизма. При использовании векторного синхронизма необходимо получить два пучка основного излучения, распространяющиеся под определенным углом друг к другу. Это можно реализовать с помощью схемы, показанной на рис. 3.36, где 1 — лазер; 2 — нелинейный кристалл;
3 ¦— разделитель пучка; 4 ¦— отражающее зеркало; 5 — пучок второй гармоники.
Схемы с использованием векторного синхронизма можно применить для того, чтобы исключить или, по крайней мере, ослабить диафрагменный апертурный эффект [50]. Напомним, что влияние сноса энергии необыкновенной волны особенно нежелательно при оее-взаимодействии, так как в этом случае происходит снос как волны второй гармоники, так и одной из волн основной частоты (см. § 2.7). При скалярном оее-взаимодействии все три волновых вектора (kj, kj, Ке) имеют одинаковое направление. Такое же направление имеет лучеьои ьекюр Sj1, югда как лучевой вектор Sf образует с этим направлением угол рх, а лучевой вектор S2 — угол |32; см. рис. 3.37, а. Повернем волновой вектор к^ на рисунке по часовой стрелке на угол
