О. В. БУДИЛОВА1,2, И. О. КИНЯЕВСКИЙ1, Ю. М. КЛИМАЧЕВ1, А. Ю. КОЗЛОВ1, А. А. КОТКОВ1, Д. А. САФОНОВ1,2
Научный руководитель – А. А. ИОНИН1 д. ф.-м. н., профессор.
1Физический институт им. Лебедева РАН, ФИАН, Москва
2Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ГЕНЕРАЦИЯ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ И РАЗНОСТНОЙ
ЧАСТОТЫ В НЕЛИНЕЙНЫХ КРИСТАЛЛАХ ZnGeP2 И GaSe
В лаборатории Газовых лазеров ФИАН создана СО-лазерная система задающий генератор – лазерный усилитель, излучающая короткий (~1 мкс) цуг наносекундных импульсов (ЦНИ) с пиковой мощность излучения до 0.8 МВт в неселективном режиме, 0.1 МВт в селективном режиме и 70 кВт в режиме синхронной генерации на двух линиях из различных колебательных полос [1]. В данной работе исследуется генерация второй гармоники (ГВГ) и разностной частоты (РЧ) излучения созданной СО-лазерной системы в нелинейных кристаллах ZnGeP2 и GaSe.
Для исследования двухкаскадной ГВГ и РЧ, впервые полученной в [2], лазерная система работала в режиме синхронной генерации на спектральных линиях: λ1=5.2 мкм и λ2=5.8 мкм.
Рис. 1. Цуг наносекундных импульсов СО-лазера и второй гармоники | Кристалл ZnGeP2 толщиной 17 мм был установлен в фокальной плоскости линзы с фокусным расстоянием 18 см. Грани кристалла ZnGeP2 не имели просветляющего покрытия. Максимальная мощность излучения ГВГ с длиной волны λ3 =2.6 мкм наблюдалась при угле фазового синхронизма 47.3° (первый каскад преобразования). На рис. 1 представлена мощность ЦНИ СО-лазера и ГВГ в кристалле ZnGeP2. Внутренняя эффективность преобразования (с учётом френелевских потерь) при ГВГ достигала 37% |
(рис. 2). Возникающее внутри кристалла излучение с длиной волны λ3 взаимодействовало с излучением на λ2, создавая излучение РЧ на λ4 =4.7 мкм (второй каскад преобразования). Внутренняя эффективность генерации РЧ при этом достигала 1,4% по отношению к излучению накачки на λ1.
Для исследования ГВГ в кристалле GaSe (толщиной 6 мм) излучение короткого ЦНИ селективного CO-лазера фокусировалось линзой из CaF2 с фокусным расстоянием 30 см. Зависимость внутренней эффективности и энергии ГВГ от энергии CO-лазера представлена на Рис. 3. Максимальная эффективность ГВГ при накачке кристалла излучением CO-лазера с длиной волны λ1=5.2 мкм достигала 5% и наблюдалась при угле падения излучения на кристалл GaSe 30.5о, что соответствует углу фазового синхронизма 10.7о. Излучение РЧ, соответствующее второму каскаду преобразования, в кристалле GaSe зарегистрировать не удалось, по-видимому, из-за невысокой эффективности преобразования.
Таким образом, использование короткого цуга наносекундных импульсов СО-лазера позволило уменьшить тепловую нагрузку на нелинейный кристалл. Благодаря высокой интенсивности излучения накачки, эффективность ГВГ в кристалле ZnGeP2 возросла примерно в 1.5 раза по сравнению с работой [3], а в кристалле GaSe - примерно в 15 раз по сравнению с работой [4]. Эффективность генерации РЧ при двухкаскадном преобразовании в кристалле ZnGeP2 была увеличена примерно в 3 раза.
|
|
Рис. 2. Коэффициент преобразования К в ZnGeP2 и энергия ГВГ в зависимости от энергии ЦНИ СО-лазера | Рис. 3. Коэффициент преобразования K в GaSe и энергии ГВГ в зависимости от энергии ЦНИ СО-лазера |
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 13-05-98074) и УНК ФИАН.
Список литературы
1. O V Budilova, A A Ionin, I O Kinyaevskiy, et al, Optics Comm. (2014).
2. A. A. Ionin, I. O. Kinyaevskiy et al, Optics Letters, 37 (14), p. 2838 (2012).
3. A. A. Ionin, J. Guo, L.-M. Zhang, et al., Laser Phys. Lett., 8 (10), p. 723 (2011).
4. , , и др., Оптический журнал, № 2, с. 26 (2011).
