Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света - Дмитриев В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Схемы ПГС с возвратным зеркалом [29]. Пороговую интенсивность накачки стационарного ДПГС можно в несколько раз снизить, если в оптическую схему добавить возвратное зеркало, отражающее (частично или полностью) волну накачки обратно в резонатор ПГС. При этом необходимо специально подбирать фазу отраженной волны накачки; в противном случае на обратном проходе вместо параметрического усиления может происходить перекачка энергии из параметрических волн в волну накачки.
320
Гл. 5. Параметрическая генерация света
На рис. 5.23 показаны схемы таких ДПГС: а) неколли-неарная; б) коллинеарная. В схеме б) имеем R3 (0) = 0; в схеме а) соответствующее зеркало отсутствует. Как правило, возвратное зеркало полностью отражает волну накачки. Возвращение волны накачки в резонатор позволяет осуществлять параметрическое взаимодействие как на прямом, так и на обратном проходах.
Схемы, позволяющие устранить нелинейные потери на регенерацию волны накачки. К таким схемам относятся схемы кольцевых ПГС, в которых параметрические волны распространяются только в направлении волны накачки (последняя проходит через ПГС без отражений) [28, 29]. В кольцевых ПГС волны совершают только прямой проход по нелинейному кристаллу; поэтому в них заведомо исключена регенерация волны накачки, происходящая в обычных схемах на обратном проходе. Соответственно исключены и пассивные потери на обратном проходе. Пороговые выражения для кольцевых ДПГС и ОПГС можно получить из формул (5.6.11) и (5.6.13), если в выражениях для Qt заменить 26 на S.
Примером схемы кольцевого ПГС является трехзеркальная схема (рис. 5.24). Схема генерирует субгармонику; зеркала 1 и 2 полностью отражают субгармонику, зеркало 3 является выходным, оно имеет оптимальный коэффициент на частоте субгармоники. Зеркала 1 я 3 полностью прозрачны на частоте волны накачки.
Нелинейные потери на регенерацию волны накачки могут быть устранены и другими способами. Так, в некоторых схемах генераторов параметрически генерируемые волны на обратном проходе распространяются в направлении, отличающемся от направления синхронизма для генерации
Рис. 5.23
5.6. Оптические схемы
321
их суммарной частоты. Это достигается за счет специального перекоса зеркал параметрического резонатора или небольшой разъюстировки резонатора.
Схемы однорезонаторных ПГС. На рис. 5.25 представлены две классические схемы для ОПГС: а) неколлинеар-ная и б) коллинеарная. В схеме б): R2 (0) = R3 (0) = 0; ^2 (0 = ^з(0 = (0)- В обеих схемах резонирующей является волна с частотой о)]/, именно для этой волны резонатор высокодобротен.
Возможен вариант схемы с возвращением волны накачки обратно в резонатор (R3{0) = 0, R3 (I) Ф 0). В этом случае параметрическое усиление происходит не только на прямом, но и на обратном проходе.
| Используя (5.6.15), получаем следующее выражение для пороговой плотности мощности накачки стационарного ОПГС:
Ззпор = (W) U - QIVQI (5.6.21)
В случае, когда применяется схема с возвращением волны накачки, в формуле (5.6.21) надо заменить Р0/Р на (Р0/Р)х X [1 R3 (/)] ~г. Видно, что при R3(l) — 1 пороговая мощ-
<*>2
R( 0)
НК
б)
щ
-*¦ (О,
RU)
Рис. 5.25
J1 Зак. 637
322
Гл. 5. Параметрическая генерация света
ность накачки ОПГС уменьшается вдвое по сравнению со схемой без возвратного зеркала.
Важными преимуществами схем ОПГС (в отличие от схем ДПГС) являются нечувствительность к фазовым изменениям волн на зеркалах (например, в связи с механическими вибрациями зеркал), отсутствие нелинейных потерь на регенерацию волны накачки на обратном проходе, отсутствие кластерного эффекта и более высокая стабильность генерируемых частот. С другой стороны, ОПГС характеризуется более высоким порогом по мощности накачки. Из (5.6.15) и (5.6.21) следует, что по сравнению с ДПГС порог в ОПГС выше в (Qi -f Q^flQl (I — Q\) раз (если не учитывать нелинейные потери в ДПГС, связанные с регенерацией волны накачки). В используемых на практике схемах различие в порогах ОПГС и ДПГС примерно в 5 раз, но может быть и больше.
Безрезонаторный ПГС. На рис. 5.26 представлена схема так называемого безрезонаторного ПГС. Здесь левое (входное) зеркало отражает только волну на частоте со2, но пропускает волну на частоте <»! и волну накачки; правое зеркало отражает волну накачки и волну на частоте coj, но пропускает волну на частоте со2. Легко видеть, что в данной схеме нет резонатора ни на частоте coj, ни на частоте со2.
Рассмотрим, как возбуждается генерация в безрезона-торномПГС. Волна накачки и флуктуации поля на частотах «»!, со2, взаимодействуя на прямом проходе, порождают прямые волны на частотах со1; со2. Дойдя до правого зеркала, волна со2 покидает ПГС, а волна coj и волна накачки отражаются и совершают обратный проход, на котором порождается обратная волна со2. В следующем прямом проходе будет участвовать наряду с волной накачки уже не флуктуация поля на частоте со2, а отраженная от левого зеркала
волна со2. В результате произойдет усиление волны ©!• И так далее. Таким образом, налицо последовательное усиление от цикла к циклу волны ©j на прямых проходах и волны со2 на обратных.
