CC BY
0Ш ▲ lilEEEiE* НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
Характеризация нового кристалла Sro,86Bao,i4MoO4 для преобразования излучения с помощью эффекта вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР)
Терещенко Д.П.1, Кочуков Ю.А.12, Губина К.А.1,2
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
2- Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»,
Москва
Е-mail: axiniy@list.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-96-98
Спектр применения лазерных технологий в химии, биологии и медицине с каждым днём становится все более широким: изучение основных и возбужденных состояний атомов и молекул, неинвазивные медицинские исследования живых тканей и т.д. - но вместе с этим повышаются и требования к использующимся источникам излучения. Для большей контрастности получаемых изображений и повышения разрешаемой способности приборов необходимы компактные системы, обеспечивающие высокую спектральную плотность в ближнем ИК-диапазоне и сверхкороткую длительность быстро повторяющихся импульсов [1, 2].
Ранее уже сообщалось об успешной многоволновой ВКР-генерации с малым межволновым интервалом в монокристаллах шеелитовых твёрдых растворов Pb(MoO4)1-x(WO4)x при x=0,5; 0,8 и Sr(MoO4)0,8(WO4)0,2 при синхронной накачке неодимовым твердотельным лазером с длительностью импульсов в десятки пикосекунд. Главным условием являлось вовлечение низкочастотной и низкоинтенсивной колебательной моды V2 в каскадный процесс нестационарного ВКР, что достигалось за счёт увеличения её интегрального сечения до значения, характерного для высокоинтенсивной и высокочастотной моды V1. В кристалле анионного твёрдого раствора со структурой шеелита это происходило благодаря значительному уширению моды V2 [3, 4]. Теперь мы нашли подобный эффект выравнивания интегральных сечений этих мод в катионном твёрдом растворе Sr0,86Ba0,14MoO4 вследствие существенного уширения и моды V1. Однако, возможности применения в многоволновой ВКР-генерации катионных шеелитовых твёрдых растворов и эффективность накачки кристаллов более короткими импульсами остаются мало изученными.
хгжйжг 22-24 октября 2024 г.
•прохороескиЕ недели-
Анализ поляризованных спектров спонтанного комбинационного рассеяния света монокристалла твёрдого раствора Sro,86Bao,l4MoO4 показала, что его колебательные линии сохранили одномодовый характер, отвечающий номинально чистому шеелиту. Значения частот КР-сдвига для мод V! и V2 равны 887,5 см-1 и 327,0 см-1 и близки по значениям к SrMoO4 вследствие большей концентрации Sr в рассматриваемом составе. Обе моды испытывают уширение: при Е\\с Дvl = 6,5 см-1 и Дv2 = 12,3 см-1 (у §г(Мо04)о,8(^^04)о,2 4,3 см-1 и 11,7 см-1). В той же геометрии рассеяния интенсивности низко- и высокочастотной линий отличаются всего в 2,1 раза (у Sr(MoO4)o,8(WO4)o,2 в 3,2 раза), поэтому дальнейшие оценки и эксперимент по ВКР проводились при этом условии. Известно, что коэффициент ВКР-усиления g пропорционален интенсивности колебательный линии, тогда можно считать, что произведение gДv пропорционально ее интегральному сечению [4]. При > = 1,06 мкм для Sro,86Bao,l4MoO4 glДvl и g2Дv2 оказываются почти равными — 30,55 ГВт-1 и 27,55 ГВт-1 соответственно, а порог нелинейного эффекта захвата фаз волн в комбинационно-параметрической связи на V2 оказался равным 1р2 > Дk2 / g2 = 4,4/2,24 = 1,96 ГВт/см2, что ниже, чем для номинально чистого SrMoO4 (3,7 ГВт/см2) и Sr(MoO4)o,8(WO4)o,2 (2,5 ГВт/см2).
Для эксперимента по ВКР из монокристалла Sro,86Bao,l4MoO4 был изготовлен активный элемент длиной 4,2 см с антиотражающими покрытиями на торцах, параллельных оптической оси кристалла. В качестве лазера накачки использовался УЬ-волоконный лазер c >р = 1030 нм и длительностью чирпированных импульсов (0,24-6,00) пс, при которой ВКР становится существенно нестационарным, и роль интегрального сечения колебательной моды в ВКР-генерации повышается. При энергии импульсов 20 мкДж и частоте их следования 20 Гц была зарегистрирована многоволновая ВКР-генерация, что продемонстрировано на рис. 1.
Спектроскопическое исследование отдельных ВКР-компонент позволило зафиксировать девять составляющих: 1261, 1224, 1177, 1133, 1104, 1066 нм (,11, >,122, >12, >1, >22, >2 на рис. 1) и 996, 965, 944 нм (>а2, >а22, >а1 на рис. 1). Накачка чирпированными (частотно-модулированными) импульсами применялась с целью компенсации нелинейной фазовой модуляции в среде для повышения эффективности нестационарного ВКР [5]. Так, например, при
Колот^Гнь"; НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
^ "ПРОХОРОвОСМЕ НЕДЕЛИ-
«отрицательном» чирпе длительностью 2,00 пс энергетическая эффективность преобразования излучения накачки в суммарное ВКР-излучение составила 29 %.
Рис. 1. ВКР-компоненты, генерируемые Sroj86Bao,i4MoO4.
Авторы выражают благодарность научному руководителю, д.ф.-м.н. Сметанину С.Н. и к.ф.-м.н. Шукшину В.Е. за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ в рамках проекта № 24-12-00448.
1. M. Maiuri, M. Garavelli, G. Cerullo., J. Am. Chem. Soc. 2019, 142 (1), 3-15.
2. San-Liang Lee, Tien-Chang Lu, Yung-Jr Hung et al., Appl. Phys. Lett. 2020, 116 (18).
3. M. Frank, S.N. Smetanin, M. Jelinek et al., Crystals. 2022, 12(2), 148.
4. Д.П. Терещенко, С.Н. Сметанин, А.Г. Папашвили и др., ЖТФ. 2023, 93,488-494.
5. А.В. Конященко, П.В. Кострюков, Л.Л. Лосев и др., Квантовая электроника. 2017, 47(7), 593-596.
