Главная  Развитие электрики 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

процесс мешая осповпому преобразованию и уменьшая его эффективность. Подавление нежелательной нары процессов может быть достигнуто за счет применения взаимодействий с разными знаками порядков квазисинхропизма.

Пспользовапие периодических и квазипериодических домен-пых структур позволило реализовать их три главных нреиму-гцества по сравнению с однородно нелинейными структурами.

Во-первых, за счет повышения нелинейного коэффициента качества г/ = (11{п{п2) и использования наиболее эффективных нелинейных оптических коэффициентов. Так, для ниобата и танталата лития, обычно используемых в качестве пелипейных элементов, наибольший нелинейный элемент с/зз фазово не согласуется, и поэтому для преобразования в однородных элементах используются коэффициенты 13 или 15. Однако при использовании доменных структур коэффициент с/зз становится пригодным для фазового согласования, поскольку в этом случае = kmdij, и коэффициент оптического преобразования

возрастает в ( ] раз. Степень эффективности применения

\7ГС?15 /

ПДС представлена в табл. 4.1.

Таблица 4-1

Однородно нелинейные

Периодически нелинейные

материалы

материалы

Материал

d/inln)

Материал

dyinln)

LiNbOs

di5 = 6

LiNbOs

d33 = 30

KTiOP04

C?24 =4

KTiOP04

ds3 = 17

ЫТаОз

*i =3

ЫТаОз

d33 = 19

Теоретические положения в дальнейшем получили полное экспериментальное подтверждение. Так в структурах волно-водного типа, сформированных на поверхностях кристаллов LiNb03 и KTiOP04 и содержавших ПДС с периодом 4-7 мкм, была получена генерация голубого света от перестраиваемых лазерных диодов (770-1040 им) [172]. При этом лазерный диод и волноводный преобразователь представляли собой единую структуру. При могцности лазерных диодов 120-150 мВт могц-ность излучения второй гармоники составляла 25-30 мВт.

Во-вторых, применение доменных структур позволило снять большинство ограничений на частотный и температурный интервалы преобразования в высшие гармоники. За счет использования различных видов нелинейных взаимодействий, особенно для квазипериодических доменных структур (КПДС) [173-175],



оказалось возможным осуществление многоволнового преобразования во вторую гармонику. Поскольку позиции пиковых значений длин волн второй гармоники при фазовом синхронизме определяются волновым вектором структуры, то для КПД С спектр генерации, представляемый выражением

V Л / тп

47Г[П2(Л)-П1(Л)]

(4.40)

JS 4

S. 4-10

° 240

1 о

/7 = 4

1,0 1,2 1,4 1,6 Длина волны основной гармоники, мкм

по-видимому будет ограничен только областью оптической прозрачности материала с периодической структурой.

Действительно, в работе [175] с использованием КПДС в тан-талате лития была получена генерация второй гармоники от перестраиваемого параметрически лазерного генератора в голубом, зеленом, красном и инфракрасном диапазонах с эффективностью преобразования энергии порядка 5 %. При этом спектр генерируемых волн полностью соответствовал расчетным данным (рис. 4.7).

Сформированные в оксидных сегнетоэлектриках ПДС позволили использовать новые конфигурации распространения оптических пучков (рис. 4.8). Если ранее в однородноне-линейных средах в основном использовалась конфигурация, при которой все пучки, участвуюгаие в преобразовании, распространялись в одном направлении (рис. 4.8 6"), то в ПДС стали возможными

и другие конфигурации, позволяющие генерировать вторую гармонику в пучке, распространяющемся в обратном направлении ко входящему пучку (рис. 4.8 в), и даже генерировать третью гармонику за счет трехволнового взаимодействия а; + 2а; За; (рис. 4.8 г) [176, 177].


1,0 1,2 1,4 1,6 Длина волны основной гармоники, мкм

Рис. 4.7. Спектр второй оптической гармоники, преобразованной на КПДС в танталате лития: а - расчетный; б - экспериментальный



Отношение (4.29) можно интерпретировать в представлении сохранения момента фотона. Когда два фотона на основной частоте взаимодействуют с нелинейной средой, описываемой выражением (4.30), может генерироваться один фотон на двойной

частоте в направлении, прямом или обратном но отношению к первичным фотонам. Разность в фо- тонных моментах компенсируется периодической доменной структурой. Порядок ПДС определяется ► б в этом случае также из выражений (4.31)-(4.34):


к{2щ /с(со„)

А:(2сОо)

Рис. 4.8. Конфигурация оптических пучков при генерации гармоник

2D [т (ш) + П2 {2ш)] гп - - ,

(4.41)

где п1 и п2 - показатели преломления соответственно для основной частоты и второй гармоники, Aq - длина волны накачки в вакууме.

В-третьих, использование ПДС позволяет значительно повысить быстродействие вследствие сокрагцепия длины взаимодействия волн, что способствует возможности преобразования частот вплоть до фемтосекундного диапазона. Уже сейчас преобразование во вторую гармонику осугцествлено для импульсов с длительностью в несколько фемтосекунд [175].

Подобно тому, как диэлектрическая нелинейная восприимчивость является причиной генерации второй и более высоких оптических гармоник, так и нелинейная магнитная восприимчивость, описываемая тензором третьего ранга Xijkil) может приводить к возникновению нелинейных оптических эффектов [178]. В частности, преобразование оптического пучка с ип-тепсивпостью 1{ио) во вторую гармонику можно представить в виде

1{2ьо)=Хгзк{р)1Ч)-

(4.42)

Генерация второй гармоники была обнаружена при падении лазерного пучка с А = 800 нм на слоистую структуру Со:Си:Со [179]. Был установлен гистерезисный характер зависимости 1{ио) от изменения знака приложенного магнитного ноля



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43]

0.0013