ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№10

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ИЗЛУЧЕНИЕ УДВОЕННОЙ ЧАСТОТЫ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение основ теории генерации оптических гармоник, проведение экспериментальных исследований преобразования излучения лазера l=1.06мкм в излучение удвоенной частоты.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: твердотельный лазер, блок питания лазера, нелинейный преобразователь (кристалл КДР ), светофильтр, измеритель энергии ИКТ-1Н.

Теоретическое введение.

 

Процесс генерации второй гармоники (ГВГ) тесно связан с разработкой источников интенсивного монохроматического излучения лазеров.

Объяснение процесса генерации второй гармоники можно дать в предположении, что поляризация прозрачного материала зависит от электрического поля световой волны следующим образом:

 

где-линейная оптическая восприимчивость, а описывает линейную зависимость Р от Е. Коэффициент очень мал, около

в системе СГС. Компонента поляризации, ответственная за генерацию второй гармоники, имеет вид:

где -напряженность электрического поля световой волны. Зависимость нелинейной поляризации от времени имеет вид:

где .

Основной пучок возбуждает в нелинейном кристалле не только вторую гармонику, но и некоторую постоянную поляризацию. Фаза второй гармоники внутри кристалла в общем случае отличается от фазы волны поляризации, возбуждающей эту гармонику. Для наиболее эффективной передачи энергии второго пучка во вторую гармонику необходимо иметь среду в которой существует направление распространения света, вдоль которого показатели преломления основной волны и второй гармоники равны.

В оптически отрицательных одноосных кристаллах можно найти такое направление распространения света, вдоль которого показатели преломления обыкновенной основной волны и второй гармоники необыкновенной волны равны.

Метод, обеспечивающий значительное увеличение интенсивности второй гармоники, получил название метода согласования фаз или показателей преломления.

На рис. 1 показаны сечения поверхностей показателей преломления одноосного и оптически отрицательного кристалла КДР.

 

 

 

Рис.1 Сечения поверхностей показателя преломления в оптически отрицательном одноосном кристалле.

 

Направление на точку пересечения, образующее с оптической осью кристалла, представляет собой оптимальное направление фазового синхронизма основной волны и второй гармоники при котором

Угол синхронизма для оо-е взаимодействия может быть рассчитан по формуле:

где и , - показатели преломления

 

 

обыкновенной и необыкновенной составляющих излучения для основной частоты и второй гармоники соответственно.

Другим типом взаимодействия излучения со средой является ое-е взаимодействие, для которого условие фазового согласования может быть записанно в виде:

Угол в этом случае может быть расчитан по фомуле:

 

Оптическая схема для проведения экспериментальных исследований ГВГ кристаллами, расположенными вне резонатора лазера, представлена на рисунке 2.

Генерация второй гармоники в резонаторе лазера является эффективным способом увеличения К.П.Д. преобразования. Нелинейный кристалл-преобразователь помещается внутрь резонатора лазера, образованного 100%-ными отражающими зеркалами для основного излучения; одно из зеркал полностью прозрачно для излучения второй гармоники. В этом случае из резонатора выводится практически все излучение удвоенной частоты.

В настоящее время известно много разновидностей кристаллов, пригодных для генерации гармоник; к числу наиболее эффективных следует отнести кристаллы, принадлежащие к классу 42m (КДР, АДР, ДКДР и др.), сегнетоэлектрические перовскиты (,и др.), кристаллы со структурой вольфрамовых бронз (и др.), гексагонально-пирамидальные кристаллы (и др.), а также ряд кристаллов других классов, обладающих пьезоэлектрическими свойствами.

 

 

 

 

 

Рис.2. Оптическая схема ГВГ кристаллами, расположенными вне резонатора лазера: 1-юстировочный лазер; 2,4-зеркала резонатора твердотельного лазера, 3-ктивный элемент лазера; 5-нелинейный кристалл-преобразователь; 6-светофильтр; 7-измеритель энергии лазерного излучения.