CC BY
0ш А 5ЕЕЕЕ* 22-24 0КтабРЯ 2024 г-
Апробация LiGaSe2 с антиотражающими микроструктурами
в качестве активной нелинейной среды для параметрического преобразования лазерного излучения в средний инфракрасный диапазон (5-9 мкм)
Харитонова П.Д.1'2
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
2- Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия
Е-mail: polincharik@ya.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-51-53
В качестве апробируемого активного элемента был использован кристалл LiGaSe2 (LGSe) апертурой 5^5 мм2 и длиной 7 мм, вырезанный в направлении 9 = 90°, ф = 39°. На оба плоскопараллельных полированных торца кристалла были нанесены антиотражающие микроструктуры, увеличивающие пропускание кристалла LGSe до TLGSe = 75 % для сигнальной волны на длинах волн в диапазоне 2714-2418 нм. Для генерации сигнальной волны использовался параметрический генератор света (ПГС), где также происходила однопроходная генерация холостой волны с разностной частотой на длинах волн в диапазоне 4926-8866 нм под действием параметрической накачки на длинах волн в диапазоне 1750-1900 нм, предварительно получаемых при параметрической генерации света в кристалле KTiOPO4 (KTP) длиной 20 мм под действием лазерной накачки с исходной длиной волны 1064 нм.
В качестве источника лазерной накачки с исходной длиной волны 1064 нм использовали наносекундный HAr;Nd-лазер с электрооптической модуляцией добротности резонатора с энергией импульса излучения 25 мДж и длительностью импульса 10 нс. Предлагаемая оптическая схема двойного ПГС на кристаллах KTP и LGSe с единым резонатором, высокодобротным для волны (27142418 нм), которая является сигнальной как в кристалле KTP, так и в кристалле LGSe, представлена на рис. 1. На рисунке для примера показана генерация сигнальной волны с длиной 2504 нм одновременно в двух процессах; 1) 1064 (в) ^ 2504 (г) + 1850 (в) в кристалле KTP; 2) 1850 (в) ^ 2504 (г) + 7081 (в) в кристалле LGSe. В скобках указано состояние поляризации взаимодействующих волн в лабораторной системе координат (в — вертикальная, г —
ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
горизонтальная). Для отдельной регистрации генерируемой сигнальной волны (2504 нм) на выходе преобразователя устанавливали под углом Брюстера стопу германиевых пластин, пропускающую горизонтально поляризованное излучение с длиной волны 2504 нм. Настоящая схема представляет интерес благодаря наибольшей добротности резонатора, позволяющей получить самый низкий порог генерации.
Рис. 1. Оптическая схема двойного ПГС на кристаллах КТР и Ьв8е.
Также было проведено моделирование двойного ПГС в программном продукте 8КЬО. Расчеты показали, что для увеличения эффективности преобразования целесообразно использовать максимально компактную упаковку оптических элементов с уменьшением длины резонатора до Ь = 80 мм, а также наименьший радиус пучка накачки г = 0,9 мм, равный величине сноса пучка необыкновенной волны в кристалле КТР. Эффективность преобразования из исходной волны лазерной накачки (1064 нм) в наиболее длинную холостую волну (7081 нм) оценивается как 0,3 % при квантовой эффективности 2 %.
С учетом результатов моделирования было проведено экспериментальное исследование генерации двойного ПГС на кристаллах КТР и Ь08е. Как и ожидалось, наиболее эффективную генерацию удалось получить в наиболее коротком резонаторе (Ь = 80 мм) и при наименьшем радиусе пучка (г = 0,9 мм). Поворот кристаллов КТР и Ь08е в плоскости синхронизма позволяет перестраивать длины волн выходного излучения. Рис. 2 демонстрирует результаты перестройки длин волн параметрической генерации двухмикронного излучения, полученной при повороте
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
, «ПРОХОРОВСКИЕНЕДЕЛИ-
22-24 октября 2024 г.
кристалла КТР, в представленной ранее схеме ПГС. Под действием лазерной накачки (1064 нм) экспериментально реализована перестраиваемая генерация сигнальной и холостой волн в кристалле КТР в диапазонах перестройки 1766-1900 нм и 2636-2418 нм. Генерация разностной частоты для этих волн, реализуемая в кристалле Ь08е, обеспечивает диапазон длин волн перестраиваемого инфракрасного излучения 5351-8869 нм. В результате эксперимента наблюдали увеличение доли сигнальной волны (2504 нм) в выходном излучении в присутствии кристалла Ь08е, что согласуется с результатами моделирования и доказывает успешную работу кристалла Ь08е как активного кристалла двойного ПГС с единой сигнальной волной.
Рис. 2. Полученные спектры перестраиваемого выходного двухмикронного излучения: красные линии - пара 1766 и 2677 нм; синие линии - 1784 и 2636 нм; зеленые линии - 1838 и 2527 нм; голубые линии - 1858 и 2490 нм; черные линии - 1900 и 2418 нм.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. Сметанину С.Н. и н.с. Папашвили А.Г. за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 20-72-10027-П.
