Спектральные характеристикиизлучения

Существует основная центральная линия генерации.

Существует ширина контура спектра излучения (набор продольных мод генерации)

Может быть множество с расстояниямежду ними с/2L

Но есть ограничение спектра по которому будет все же видимость

1,064 мкм – (3·10⁸ м/с)/(1000·10^-9 м) = 3*10¹⁴ Гц частота, которая соответствует

λ = 1,064

Ширина спектра = 195·10⁹ Гц

3·10¹⁴± 100 Гц (3,000 ± 0,001) ·10¹⁴ Гц

(3·10⁸)/(3,001·10¹⁴) = 1·10^-6 ≈ 999,7 нм

Т.е. на 0,3 нм смещается по спектру при изменении на 100 Гц (максимум на 1 мкм)

Но у нас это не влияет -–слишком малый диапазон спектра. Нет смысла переходить с 1,064 на 1,063

Но п. системы могут работать и в одночастотном режиме

∆ω ~ 200 Гц

с/2L

Так чтобя шаг между модами был побольше – продольных мод будет меньше – между ними будет время чтобы каждая мода прод впила укорочения резонатора– приводит к увеличению расстояния между модами.

∆ω ~ 100·10⁹ Гц

с/2L

L = c/2∆ω = (3·10⁸)/(2·100·10⁹) = 1,5·10^-3

Раздвигаем ширину (стул)

1. меняем c/2L – спектр меняется (обычно всегда с центр меняет)

2. за счет изменения потери

От частоты накачки спектр мод меняется

С обязательным условием существования 0 моды.

АИГ:Cr⁴⁺; форетериты Mg₂SO₄; Аллюминат; сапфир; красителях

Максимально подавив основной контур + усл улучшнеосновной контур.

Оптимизация резонатора на заданной λ. Зеркалами делают д 1,32

(максимальная прозрачность для λ = 1,064) + особые спектральные свойства (полностью пропускание λ = 1,064 и отражение 1,32)

ЛТН-102а(б) непр Nd:YAG а) 1,064 P_ср = 128 Вт

Б) 1,32 P_ср = 30 Вт

Не селективный принцип спектр нами

Если непрерывный спектр надо

В пределах линии усиления перемещать –

Специальные резонаторы со спектральной дисп со специальными свойствами для различных λ:

- оптическая призма

Угол выхода луча в зависимости от λ

- дифракционная решетка

Разные углы выхода

Интерферометры Фабри-Перо

Для кого-то прохождение, для кого-то отражение

Многозеркальные резонаторы. Чем больше отражение элементов в резонаторе, тем продольных мод меньше

Для заданной λ с выявлтого, что надо

Пути высок когос спектрального разрешения

В зависиомости от ст нанио – разный оптический путь между зеркалами. От ∆ - спектр выделяет

Вверху один набор мод с одинаковым спектром.

Вниз идет тот же набор мод, но спектр чуть другой.

Выйдет в генерацию та мода, которая в обоих случаях одна

Совпадение линии, выйдет

Удлиненный резонатор

Это режим одночастотной генерации с возможной перестройкой мод (и λ)

Изменение контура линии усиления – в самом лазере есть.

Перемещение по частотному спектру – диодные лазеры.

При уменьшении t°С А ерна 1K - сдвиг идет на 0,1 нм. Если необходимо на 0,5 нм сдвинуть, то на 5K сдвигают.

Но нужно термостабилизировать – для поддержания той или иной ски.

Диодные лазеры накачивают твердотельные. Наибольшее поглащение – 808 нм.

Мишение спектр в зависимости от магнитного поля и разряженности воздуха (высота над уровнем моря).

Нелинейные оптические явления – возможности изменения спектрального состава.

Нелинейное преобразование спектра зо нетформирование гармоники

Наши процессы происходят в диэлетриках (основной коэффициент преломления). Основной параметр диэлектрического материала – вектор поляризации.

В зависимотси от параметра (самая быстрая), ионная, ориентаиционная (медленные)

изменение уровня (углового) положения электрона на электронной оболочке.

Ионная - смещение

Ориентаиционная – переориентирующая диполь.

Может ли реагировать диэлектрик на магнитное поле и что при этом происходит? Если он взаимодействует с элекромагнитной волной, то стоит поляризацию рассматривать + быстрее реагирует.

Электронапряженность: E:

– полризация

- диэлектрическая восприимчивость для заданной оптической среды

Р – суммируется при при приложении внешнего поля (как f ex АОЗ)

Свет поляризуется, а H(магнитный вектор) и E (при малых интенсивностях светового потока – лин оптические явления. Наши свойства проявляются только при высоких интенсивностях светового потока, следовательно становится зависимым, а обычно независим.

Все диэлектрики зависимы от напряженности – существенно, несущественно, но интенсивность тоже влияет.

Тогда можно разложить:

М/В

Большие величины, но за счет коэффициентов нужно прикладывать большие интенсивности

Самое сильное влияние проявляет - (квадратичная нелинейность среды).

II. Необходимы специальные материалы с нелинейными оптическими свойствами (высокие значения диэлектрической восприимчивости ) + материалы должны обладать двулучепреломляющими свойствами.

Для получения эффективного преобразования необходимо сделать фазовый (волновой) синхронизм.

Необходимо заставить работать нелинейные эффекты. Взаимная интерференция только за счет синхронизма.

Волна при падении в нелинейный элемент изменяет его оптические свойства. Волна, которая попадает в измененный нелинейный элемент сама начинает менять свойства (это происходит почти одновременно) фазовые характеристики. Часть световой волны свойства изменила, часть нет и эти волны взаимодействуют друг с другом – происходит их интерференция.

Волновой вектор , n – коэффициент приломления.

Тогда третья волна – условие синхронизма

,

При генерации второй гармоники

Для есть свой n, но для - другой n

λ,

, Но оно должно быть , тогда сократив n(=n(2условие синхронизма. Это выполняется при условии использования двулучеприломляющих кристаллов.

Одноосный двулучепреломляющий кристалл.

z- оптическая ось кристалла. XYплоскость перпендикулярная оси z. Для обыкновенной световой волны коэффициент преломления не зависит от направляения распространения волны в кристалле. Куда ни двигаться - одинаково. уже разное в разных областях. Чем больше частота, тем больше коэффициент преломления, изменение размеров рисунка. Тогда требуемое условиереализуется в точке пересечения эллипсов (конус)

(=(2.

В элемент входит обычная волна, взаимодествует с самой собой и получается

fex получаем:

Без двулучеприломляющего эффекта не будет синхронизма + пропускание только под определенным углом криталл задается кубиком, который уже вырезан с заданным углом оптической оси.

Если Δk=0

Естественная расходимость излучения в центре быстрее, периферия может не преобразуется, обрезается крайняя часть расходимости

Для импульсных лазеров укорочение лазерного импульса, периферия уходит.

Полимаст исходн расходимость, разъюстирована по отношению к оптической оси.

Изменение коэффициента приломления от tос (собственная поляризация, нагрев), условие нелинейного преобразования.

Высокая монохроматичность – все равно другая, другие моды, спектральная ширина генерации л сист

За счет разного преобразования мод – меньше спектра мод и формируемого излучения в устройстве.

Но сложно выполнить необходимое условие (расходимость) - коэффициента преобразования получаем точное выполнение условия синхронизма: Δk не равно 0 периодическая функция неюопрорп ограничения в нелин эл-те, который обеспечит наибольшие значения остается излучение миним (полный бред)

В любом случае есть еще и нагрев нелинейного элемента, n меняется (если надо делают термостабилизацию).

Пусть волна попадает в элемент ω, часть выходит как 2ω, а часть как ω.

Тогда либо увеличивают длину нелинейного элемента, либо ставят второй элемент.

Но все равно поскольку Δk не равно 0 будут проблемы (обратная перекачка)

Но мы знаем, что световая волна на входе и выходе имеет разную поляризацию – тогда разделим их в пространстве за счет применения поляризационных делителей (пропускает только определенную поляризацию)

Или не разделять в пространстве, а ставить фазовую делительную пластину. Тогда ω не меняется + фазовая пластина мешает (меняет) 2ω или → сдвиг поляризации

Но мы не можем получить оо –

Потери ~40% + еще 24%=64% → есть ли смысл ставить дополнительные элементы? От силы получаем 50-55%. Интенсивность падает падает преобразование, поэтому дополнительные элементы ставят только при условии плохих выполнения условия преобразования.

Жесткий уголвсе-таки имеет сектор Δ, который ~ имеет те же характеристики (ширина углового синхронизма) – На границах этой зоны эффективность падает в . Ширина эта зависит от свойств нелинейного элемента.

НЭ:KDP; DKDPCDA, DCDA, KTP

Отличие их:

- по спектральному диапазаону в котором они работают

- по возможности преобразования ((KTPнаиболее эффективен )

- Δ, каждый из опт характеризуется Δ. Малые – 20-30°, большие – 70-90°. Это сильно влияет, наилучее когда 90°

Кривые быстро разбегаются. Чуть сдвигается сдвигаются жесткие требования к направленности и измерению температуры.

Здесь расширяется Δ, меньше ограничений (требования на условие характеристики и требования по температуре жениии поидее)

Угловая спектральная, температурная ширина изменение коэф. преломления n в зависимстои от t°C

«-»: чем больше от t°C – необходимо применять термостабилизацию (n измен.: невыс. – нетермостаб., выс. – теомостаб.)

«-»: если изначально Δвиано и малые значения n

«+»: если maxи maxn, то можно сместить перйти к 90°, увеличить эффективность.

Эффективный коэффициент преобразования → 1 обычно (KDP. DCDA).

Ниобат бария натрия (BaNaNi) – 38 для искр. Ген. и искр. накачки

KTP – высокий

LiNbO3 ~13..14 для преобразования при низких эффективностях

LiIO3 Как для непрерывных так и с модуляцией

«-»: относительно низка лучевая стойкость (пробой; повреждение элементов)

«+»: для KTP; Li, Ba

Но для KDPDKPP – норм – высокая лучвая стойкость

У KDP ~60° но Δпо t°C0,6'/1 °C

CDЖ Δпо t°C8'/1 °C →90° синхронизм → термостабильность

LiIO3 праткически не влияет t°C

По отношения к лазерам: 1млрад ~ 3' – одномод.

Min расходимость нужна.

LiNbO310'/°С Δ=10', если подогреть, то будет 90°

CDA 80° 40’/°C→ 90°

Эффективность преобразования связана с плотностью мощности (dп, Pср). Исходное излучение должно иметь минимальный диаметр пятна. (одномодовость плюс фокусировка)

Но угловая ширина большая и даже увеличивая плотность мощности и фокусировку лучше вряд ли станет. Не факт, то что мы выиграем

Тогда имеет смысл сделать

Рср и Pи –подход другой – н.(нужно) преобразование осуществлять где световой поток имеет максимальную эффективность

Сравним Квант 15 и ЛТИ 102

Pср~100Вт Pср~100Вт

Pи~4кВт Pи~100Вт

Отичие в рез-ре. В зависимости от Kус Хср→разные значения оптич пропускания лазерного излучения τвых-10% ЛТН, τвых~70% Квант15

Для непрерыв. Pср основ внутри резонатора

P больше на выходе при оптимальной пропорции. Тогда для непрерывного применяется внутрирезонаторное преобразование (ВРГВГ)

Для импульсного внешне резонаторное преобразование в другую гармонику.

+ еще моно ЛЭ что

То есть нелинейное каскадное преобразование. Но сориентировать кристалл и выполнить условие синхронизма.

→Но это все для квадратичного преобразования ω→2ω→4 ω

Для 3ω; 5ωпо другому: генерация суммарных частот (UCX)

ω+2 ω (поквадратичному преобразования ω взаимодействует с 2ω) 3ω

ω+4ω→5ω

то есть взаимодействует ω с полученной уже 2ω(4ω)

Если было оо-е, то 2e преобр. Oe-e

А эффективность его преобразования уже сложнее.

Дата добавления: 2014-01-07