litceysel.ru
добавить свой файл
1 ... 5 6 7 8

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

88

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.

89






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


90


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.


91





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.



Порядок выполнения работы.


1.Сьюстировать оптическую схему представленную на рисунке2 без кристалла-преобразователя и светофильтра.

2. Провести измерение энергии излучения лазера.

3. В оптическую схему внести кристалл КДР и светофильтр. Ориентируя кристалл вдоль направления синхронизма добиться максимальной интенсивности генерации второй гармоники.

4. Провести измерения излучения второй гармоники.

5. Определить К.П.Д. преобразования лазерного излучения в излучении удвоенной частоты.

6. Провести исследования угловой ширины синхронизма. Для этого необходимо определить зависимость интенсивности излучения второй гармоники от ориентации кристалла.

7. В оптической схеме заменить выходное зеркало 4 на зеркало с коэффициентом отражения для основного пучка (λ=1.06мкм), равным 99.8, а для зеленого (λ=0.53мкм) коэффициент отражения должен быть равен 10%-20%.


92

8. Поместить кристалл-преобразователь 5 внутрь резонатора лазера.

9. Ориентируя кристалл вдоль направления синхронизма и юстировкой зеркал резонатора добиться максимальной интенсивности преобразования частоты лазера во вторую гармонику.

10.Провести измерения энергии излучения второй гармоники.

11.Определить К.П.Д. генерации второй гармоники в резонаторе лазера.

12.Составить отчет о проделанной работе.


Контрольные вопросы.


1.Метод согласования фаз при генерации второй гармоники.

2.Направления синхронизма в одно и двухосных кристаллах.

3.Четыре типа взаимодействия световых пучков основной частоты, при которых возбуждается вторая гармоника обыкновенной волны.

4.Генерация третьей и четвертой гармоник.

Литература.


1. Н. Бломберг Нелинейная оптика. Минск, “Мир” 1966г.

2. Ф.Цернике, Дж.Мидвинтер Прикладная нелинейная оптика. Минск, “Мир” 1976г.

3. Ф.Качмарек. Введение в физику лазеров. Минск, “Мир” 1981г.


93


<< предыдущая страница