CC BY
18SSjmSS 19-21 октября 2021 г.
Исследование динамики генерации ВКР-лазера на кристалле BaWO4 с комбинированным сдвигом частоты (925+332 см при синхронной пикосекундной накачке
1 2 Терещенко Д.П. , Пеганов Е.А.
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва 2- Национальный исследовательский технологический университет
«МИСиС», Москва
Е-mail: tereshenko. mitya@yandex. ru
В настоящее время представляет интерес создание рамановских лазеров сверхкоротких импульсов излучения. При нестационарном вынужденном комбинационном рассеянии (ВКР) имеется возможность многократного сокращения длительности ВКР импульсов по сравнению с импульсами накачки. Реализация внутрирезонаторного каскадного ВКР при синхронной накачке позволяет сократить длительность импульсов ВКР до обратной ширины линии спектра спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) [1]. В данной работе исследовалась динамика генерации компонент ВКР в вольфрамате бария при синхронной накачке. Кристаллы BaWO4 уже широко использовались в большом количестве рамановских лазеров. Наряду с другими кристаллами со структурой шеелита, интересной для нестационарного ВКР особенностью является наличие в спектре СКР двух интенсивных линий: интенсивной высокочастотной (v1 = 925 см 1), соответствующей моде полносимметричных внутренних колебаний анионных комплексов, и низкочастотной (v2 = 332 см 1), которая является самой широкой из-за перекрытия двух мод деформационных внутренних колебаний анионных комплексов [2].
Для изучения динамики генерации был построен ВКР-лазер с синхронной накачкой. В качестве источника возбуждения использовался YAlO^Nd^-лазер (длина волны 1079 нм, длительность импульса т = 80 пс) с регулируемым числом импульсов в цуге. В представленном эксперименте число импульсов в цуге
ЛАЗЕРНАЯ ФИЗИКА И ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА
устанавливалось равным 56. Излучение накачки фокусировалось в пятно радиусом 300 мкм в ВКР-кристалл BaWO4 длиной 43 мм, помещенный в линейный резонатор (рис. 1) со временем обхода, синхронизированным с периодом следования импульсов накачки. Для регистрации спектра ВКР-излучения спектрометром OceanOptics USB2000, работающим в диапазоне длин волн от 200 до 1100 нм, частота выходного излучения удваивалась в кристалле LiIO3, обладающем спектрально некритичным синхронизмом. Регистрация цугов выходного излучения и накачки производилась с помощью лавинных фотодиодов ЛФД-2А и осциллографа Tektronix TDS200.
M3:HR 1150-1250HÍ
ОС:
FL г-
YAI03:Ncf il \
У ^ Л BaW04 /,
Рис. 1. Схема ВКР-лазера.
В ходе эксперимента была получена не только генерация первой стоксовой компоненты ВКР-излучения с высокочастотным сдвигом (гО на длине волны 1198 нм, но также генерация второй стоксовой компоненты ВКР-излучения с комбинированным сдвигом частоты (VI + Уз) на длине волны 1248 нм (рис. 2).
i ¿-624 нм = 1248/2 нм (vj+ v2)
.—.0,8 í i
X 0,6 о .«-599 nil = 1198f HWl (Vi)
го0,4 Л л
X
О 0,2
___J L J1 - J
Длина волны [нм]
Рис. 2. Спектрограмма второй гармоники выходного излучения.
На рис. 3 представлен пример осциллограмм цугов импульсов излучения накачки и ВКР-излучения при различных значениях энергии цуга импульсов излучения накачки Wpump. Обнаружено, что при повышении уровня накачки отставание начала генерации первой стоксовой компоненты относительно накачки ожидаемо уменьшается
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
19-21 октября 2021 г
со 120 нс (15 импульсов) при Wpump = 80 мкДж до 32 нс (4 импульса) при Wpump = 320 мкДж, но задержка генерации каскадной (VI + V2) ВКР-компоненты относительно начала генерации первой (VI) стоксовой ВКР-компоненты практически не изменяется и составляет 32 нс (4 импульса).
УУршпрвбО МкДж
Время [нс] Накачка/Стоксов сдвиг
Время [нс] Стоксов/Комбинированный Сдвиг
Рис. 3. Осциллограммы цугов импульсов накачки и ВКР.
Полученные результаты объясняются тем, что для каскадной компоненты ВКР с комбинированным сдвигом частоты из-за разрыва комбинационно-параметрической связи с излучением накачки преобразование частоты происходит исключительно путем ВКР из первой стоксовой компоненты, обладающей высокой интенсивностью внутри добротного резонатора. Данный результат имеет научную значимость для дальнейших работ по осуществлению максимального сжатия импульсов ВКР-излучения с комбинированным сдвигом частоты под действием внутрирезонаторной накачки первой стоксовой компонентой ВКР.
Автор выражает благодарность научному руководителю, д.ф.-м.н. С.Н. Сметанину, и А.Г. Папашвили за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов.
1. Frank M., Smetanin S.N. Jelinek M. et al. Crystals. 2019, 9, 167.
2. Frank M., Smetanin S.N. Jelinek M. et al. Laser Phys.2018, 28, 25403.
