Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света - Дмитриев В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Можно вообще обойтись без дихроичных зеркал, применяя призму Глана. На рис. 4.13, в представлена схема с призмой Глана, помещенной между активным элементом и нелинейным кристаллом; зеркало 0312 является возврат-
оз,
АЭ
а)
ПП
пп
дз,
НК
Рис. 4.13
9*
260
Гл. 4. Внутрирезонаторная генерация второй гармоники
Рис. 4.14
ным. К сожалению, как уже отмечалось, введение призмы внутрь резонатора может существенно повысить потери.
Интересным вариантом схемы, изображенной на рис. 4.13, а, является схема, в которой возвратное зеркало, находящееся между активным элементом и нелинейным кристаллом, имеет оптимальный (а не нулевой) коэффициент отражения на основной частоте [12, 18]. В этом случае реализуется система из двух связанных резонаторов для основного излучения, которая позволяет (при надлежащем подборе параметров) повысить мощность накачивающего излучения в нелинейном кристалле. Кроме того, при этом ослабляется влияние потерь в нелинейном кристалле на процесс генерации в активном элементе.
Фокусировка основного излучения в нелинейный кристалл [2, 3]. В лазерах с непрерывной накачкой зеркала резонатора, как правило, являются сферическими с тем, чтобы обеспечить фокусировку основного излучения в нелинейный кристалл. Две такие схемы представлены на рис. 4.14. Схема на рис. 4.14, а есть аналог схемы, показанной на рис. 4.13,6. Здесь применяется полусферический резонатор, в котором перетяжка пучка основного излучения попадает в нелинейный кристалл. Для фокусировки излучения может быть использована также схема с внут-рирезонаторным телескопом — так называемая Z-схема (рис. 4.14, б). Два сферических зеркала образуют здесь телескоп, фокусирующий основное излучение в кристалл.
Схемы с однонаправленной генерацией второй гармоники. Схемы ВРГВГ в кольцевых лазерах позволяют осуществлять однонаправленную генерацию второй гармоники. Три таких схемы представлены на рис. 4.15. Для подавле-
4.4. Оптические Схемы
261
ния генерации встречной волны основного излучения в схемах применяется дополнительное зеркало 3'; при этом отражающее зеркало 03 [ должно иметь небольшой (~ 0,01) коэффициент пропускания на основной частоте.
Схема ВРГВГ с каскадным удвоением частоты. На рис. 4.16 представлена схема, где генерируемое в нелинейном кристалле НК' излучение второй гармоники используется для накачки нелинейного кристалла НК", в котором генерируется четвертая гармоника (излучениечетвертой гармоники показано на рисунке штрихпунктирными линиями). Зеркало Д34, нанесенное в данном случае непосредственно на торец кристалла НК", имеет высокое пропускание на частоте второй гармоники и высокое отражение на частоте четвертой гармоники. Выходное зеркало Д32, напротив, имеет высокое пропускание на частоте четвертой гармоники и высокое отражение на частоте второй гармоники. Схема состоит из двух резонаторов с взаимно перпендикулярными осями; зеркала 03х и 03ц образуют первый резонатор, а зеркала Д34 и Д32 — второй.
262
Гл. 4. Внутрирезонаторная генерация второй гармоники
i i i i
Рис. 4.16
Связь между резонаторами осуществляется посредством призмы Глана ПГ. На рисунке показано направление линейной поляризации для излучений на всех трех частотах (со, 2со, 4сэ). Данная схема пригодна, очевидно, только для оое-взаимодействия (при генерации как второй, так и четвертой гармоники).
4.5. ЛАЗЕР С АКТИВНО-НЕЛИНЕЙНОЙ СРЕДОЙ
Следующим шагом в развитии лазеров с ВРГВГ является разработка и создание лазера с активно-нелинейной средой (АНС), под которой понимают нелинейный кристалл, являющийся благодаря активированию соответствующими ионами также активным элементом. В таком кристалле происходит одновременно генерация излучения на основной частоте и нелинейно-оптическое преобразование этого излучения во вторую гармонику. Теория лазеров с АНС довольно интенсивно развивается в последние годы [32—34].
Интерес к лазерам с АНС объясняется тем, что они обладают некоторыми преимуществами по сравнению с лазерами, где активный элемент и нелинейный кристалл не совмещены (лазеры с АЭ + НК). Нелинейные потери в АНС ограничивают плотность мощности основного излучения, а следовательно, снижают роль насыщения усиления,
4.5. Лазер с активно-нелинейной средой
263
что приводит к повышению эффективности лазерной накачки. Как показывают расчеты, в лазерах с АНС оптимальное значение коэффициента нелинейной связи (по максимуму выходной мощности второй гармоники) примерно в 3—5 раз меньше такового для лазеров с АЭ + НК, что позволяет использовать кристаллы с меньшими значениями коэффициента нелинейной связи. В лазерах с АНС не требуется, очевидно, применять фокусировку излучения, что позволяет более полно использовать объем нелинейного кристалла. Кроме того, использование АНС дает некоторые эксплуатационные преимущества. Так, замена двух элементов внутри резонатора одним предпочтительна для повышения общей надежности устройства, для облегчения юстировки, уменьшения френелевских потерь; исчезает необходимость фазировки волн в зазорах между элементами и т. д.
Активно-нелинейные среды. Известен целый ряд нелинейных кристаллов, которые могут использоваться в качестве АНС [35]. К ним относятся кристаллы ниобата лития, активированные ионами неодима, туллия или гольмия (LiNb03: Nd3+; LiNb03:Ta3+; LiNbOs : Ho3+) [36, 37], ниобата бария-натрия с неодимом (Ba2Na,Nba015: Nd3+) [38], бората иттрия-алюминия с неодимом (Nd-0i2Y0 8 А13 (ВО3)4) [39] и др.
