Том 36, номер 12, статья № 10

Аннотация:

Одной из наиболее актуальных задач прикладной нелинейной оптики является увеличение эффективности генерации гармоник лазерного излучения в нелинейных кристаллах. В данной работе теоретически исследуется процесс генерации второй гармоники (ГВГ) в сходящемся (сфокусированном в кристалл) лазерном пучке; оценивается влияние формы амплитудного профиля (ФАП) основного излучения (до линзы) на эффективность ГВГ и оптимальные значения параметров фокусировки и волновой расстройки. Полученные результаты показывают, что в зависимости от ФАП оптимальные значения параметров фокусировки, и особенно волновой расстройки, изменяются в весьма широких пределах. Демонстрирруется сильное влияние ФАП на величину эффективной апертурной длины – основного параметра, ограничивающего эффективность ГВГ. Доказывается, что оптимизация самой ФАП позволяет увеличить максимальную эффективность ГВГ не более чем на ~ 10%.

Ключевые слова:

генерация второй гармоники, система нелинейных волновых уравнений, методы численного решения, оптимальная фокусировка, оптимальная форма амплитудного профиля лазерного пучка

Список литературы:

1. Gattass R., Mazur E. Femtosecond laser micromachining in transparent materials // Nat. Photon. 2008. V. 2. P. 219–225. DOI: 10.1038/nphoton.2008.47.
2. Esserman L., Conradson S. Potential medical applications of UV free-electron lasers. FC6. 1988 // Proc. Free-Electron Laser Applications in the Ultraviolet, 2–5 March 1988, Cloudcroft, New Mexico, United States. 175–176 pp.
3. Bolanos J., Morris K., Sanchez E., Arevalo I., Yamamoto V., Kateb B., Kumar L. UV Imaging for intraoperative Tumor delineation. 2023 // 20th Annual World Congress of SBMT, February 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2.25245.18405.
4. Белов В.В., Гриднев Ю.В., Кудрявцев А.Н., Тарасенков М.В., Федосов А.В. Оптико-электронная связь в УФ-диапазоне на рассеянном лазерном излучении // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 7. С. 559–562; Belov V.V., Gridnev Yu.V., Kudryavtsev A.N., Tarasenkov M.V., Fedosov A.V. Optoelectronic UV communication on scattered laser radiation // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 6. P. 698–701.
5. Gregor E., Sorce J., Palombo K.V., Mordaunt D.W., Ehritz M. UV laser source for remote spectroscopy by multiple nonlinear conversion of a Nd:YAG laser. 1994. P. 367–369. DOI: 10.1109/NLO.1994.470777.
6. Kimmelma O., Tittonen I., Buchter S. Passively Q-switched Nd:YAG pumped UV lasers at 280 and 374 nm // Opt. Commun. 2009. V. 282. P. 2930–2933. DOI: 10.1016/j.optcom.2009.04.004.
7. Prasad N.S., Armstrong D.J., Edwards W.C., Singh U.N. Single-mode, all-solid-state Nd:YAG laser pumped UV converter // Proc. of the 24th International Laser Radar Conference, june 23–27, 2008, Boulder, USA (2008). DI 20080023790.
8. Елаев В.Ф., Лях Г.Д., Пеленков В.П. CuBr-лазер со средней мощностью генерации свыше 100 Вт // Оптика атмосф. и океана. 1989. Т. 2, № 11. С. 1228–1230.
9. Kostadinov I.K., Temelkov K.A., Astadjov D.N., Slaveeva S.I., Yankov G.P., Sabotinov N.V. High-power copper bromide vapor laser // Opt. Commun. 2021. V. 501. P. 127363.
10. Brown D., Withford M. High-average-power (15-W) 255 nm source based on second harmonic generation of a copper laser master oscillator power amplifier system in cesium lithium borate // Opt. Lett. 2001. V. 26, N 3. P. 1885–1887.
11. Coutts D.W. Optimization of line-focusing geometry for efficient nonlinear frequency conversion from Copper Vapor Laser // IEEE J. Quantum. Electron. 1995. V. 31, N 12. P. 2208–2214.
12. Evtushenko G.S., Troitskii V.O. X Effective conversion of copper vapor laser emission in a b–BaB₂O₄ crystal // J. Russ. Laser Res. 1994. V. 15, N 1. P. 28–33.
13. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика. 2-е изд. М.: Физматлит, 2004. 512 с.
14. Boyd G.D., Kleinman D.A. Parametric interaction of focused Gaussian light beams // J. Appl. Phys. 1968. V. 39, N 8. P. 3597–3639.
15. Колосов В.В., Троицкий В.О. Оптимальная фокусировка пучка при генерации второй гармоники в одноосном кристалле. Приближение заданного поля // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 2. С. 106–112.
16. Троицкий В.О. Некоторые вопросы оптимальной фокусировки при генерации второй гармоники в нелинейных кристаллах. Часть 2. Результаты численных расчетов // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 10. С. 941–949; Troitskii V.O. Some problems of optimum focusing in the process of second harmonic generation in nonlinear crystals. Part 2. Results of numerical calculations // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 2. P. 199–207.
17. Троицкий В.О. Особенности генерации второй гармоники лазерного излучения при углах синхронизма, близких к 90° // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 7. С. 601–607; Troitskii V.O. Generation peculiarities of the second harmonics laser radiation at synchronism angles close to 90° // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 1. P. 102–108.
18. Троицкий В.О. Оптимизация волновой расстройки при эффективной генерации второй гармоники // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 1. С. 25–31; Troitskii V.O. Optimization of wave detuning during effective second harmonic generation // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 3. P. 238–244.
19. Никогосян Д.Н. Материалы для нелинейной оптики // Квант. электрон. 1997. № 1. С. 5–25.
20. Троицкий В.О. Оптимизация процесса генерации второй гармоники при ограниченной плотности мощности основного излучения. Часть 2 // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 4. С. 271–278; Troitskii V.O. Second harmonic generation optimization under limited power density of fundamental radiation: Part 2 // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 5. P. 594–600.
21. Ахманов С.А., Сухоруков А.П., Хохлов Р.В. К теории генерации оптических гармоник в сходящихся пучках // ЖЭТФ. 1966. № 2. С. 474–486.
22. Карамзин Ю.Н. О разностных схемах для расчетов трехчастотных взаимодействий электромагнитных волн в нелинейной среде с квадратичной поляризацией // ЖВМ и МФ. 1974. № 4. С. 1058–1062.
23. Fleck J.A., Morris J.R., Feit M.D. Time-dependent propagation of high energy laser beams through the atmosphere // Appl. Phys. A. 1976. V. 10, N 2. P. 129–160.
24. Коняев П.А., Лукин В.П. Тепловые искажения фокусированных лазерных пучков в атмосфере // Изв. вузов. Физ. 1983. № 2. С. 79–89.
25. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989. 448 с.
26. Колосов В.В., Троицкий В.О. Приближенная методика решения задачи о генерации второй гармоники в нелинейных кристаллах. Часть 1 // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 12. С. 1001–1011; Kolosov V.V., Troitskii V.O. Approximate technique for solution of the problem of second harmonic generation in nonlinear crystals: Part 1 // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 3. P. 302–311.
27. Колосов В.В., Троицкий В.О. Параксиальное приближение для задачи распространения пучков в плоскослоистой среде // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 9. С. 754–759.
28. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1973. 719 с.
29. Колосов В.В., Троицкий В.О. Приближенная методика решения задачи о генерации второй гармоники в нелинейных кристаллах. Часть 2 // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 12. С. 1012–1019; Kolosov V.V., Troitskii V.O. Approximate technique for solving the problem of second harmonic generation in nonlinear crystals: Part 2 // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 3. P. 312–319.
30. Kato K. Second Harmonic Generation to 2048 A in β–BaB₂O₄ // IEEE J. Quantum Electron. 1986. V. QE-22, N 7. P. 1013–1014.