Том 38, номер 04, статья № 11

Аннотация:

Актуальность теоретических исследований, нацеленных на поиск возможностей увеличения эффективности генерации второй гармоники (ГВГ) лазеров видимого диапазона спектра, связана с широким использованием УФ-излучения для решения различных научно-производственных задач. Представлены результаты сравнения трех наиболее используемых на практике способов реализации указанных процессов: ГВГ(Л) – лазерное излучение (ЛИ) заводится в кристалл непосредственно (без использования дополнительной оптики), ГВГ(Ф) – ЛИ фокусируется в кристалл сферической линзой и ГВГ(Т) – перед попаданием в кристалл ЛИ сжимается линзовым (или зеркальным) телескопом. Показано, что во всех трех случаях максимальная эффективность ГВГ достигается при оптимальных поперечных размерах ЛИ в кристалле, которые зависят от формы амплитудного профиля ЛИ в поперечном сечении. Когда ГВГ осуществляется в близких к оптимальным условиях, наиболее эффективным оказывается ГВГ(Ф). В ситуациях, когда поперечные размеры ЛИ в кристалле должны быть заметно больше оптимальных размеров, процесс ГВГ(Ф), наоборот, наименее эффективен. Показано, что выигрыш в эффективности ГВГ, который обеспечивает замена длиннофокусной линзы подходящим телескопом, по мере роста поперечных размеров ЛИ в кристалле и для супергауссовых пучков может превышать 100%. В первой части настоящей работы все результаты получены с использованием приближения заданного поля. Уточненные результаты (при строгом решении системы нелинейных волновых уравнений) будут представлены во второй части. Результаты исследования могут быть полезны при разработке эффективных преобразователей частоты излучения лазеров на парах металлов.

Ключевые слова:

генерация второй гармоники, системы нелинейных уравнений, приближение заданного поля, оптимизация нелинейного процесса, форма амплитудного профиля

Список литературы:

1. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика. 2-е изд. М.: Физматлит, 2004. 512 с.
2. Kato K. Second harmonic generation to 2048 A in b–BaB₂O₄ // IEEE J. Quantum Electron. 1986. V. QE-22, N 7. P. 1013–1014. DOI: 10.1109/JQE.1986.1073097.
3. Солдатов А.Н., Соломонов В.И. Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов. Новосибирск: Наука, 1985. 151 с.
4. Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди. М.: Физматлит, 2005. 312 с.
5. Елаев В.Ф., Лях Г.Д., Пеленков В.П. CuBr-лазер со средней мощностью генерации свыше 100 Вт // Оптика атмосф. 1989. Т. 2, № 11. С. 1228–1229.
6. 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. DOI: 10.1016/j.optcom.2021.127363.
7. Esserman L., Conradson S. Potential medical applications of UV free-electron lasers // Free-Electron Laser Applications in the Ultraviolet Optica Publishing Group, 1988. DOI: 10.1364/FEL.1988.FC6.
8. Bolanos J., Morris K., Sanchez E., Arevalo I., Yamamoto V., Kateb B., Kumar L. UV Imaging for intraoperative tumor delineation // 20th Annual World Congress of SBMT. 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2. 25245.18405.
9. 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. DOI: 10.15372/AOO20180709; 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.
10. Исаев А.А., Леммерман Г.Ю., Малафеев Г.Л., Казарян М.А. Генерация второй гармоники излучения импульсного лазера на парах меди // Квант. электрон. 1980. № 8. С. 1700–1704.
11. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Нелинейное преобразование частот излучения лазера на парах меди в сфокусированном и параллельном пучках // Журн. техн. физики. 2000. Т. 70, вып. 4. С. 87–89.
12. Ramakanta B., Praveen K.A., Sudhir K.D., Shankar V.N. Generation of 1.5 W average power, 18 kHz repetition rate coherent mid-ultraviolet radiation at 271.2 nm // Appl. Opt. 2015. V. 54, N 32. P. 9613–9621. DOI: 10.1364/AO.54.009613.
13. Колосов В.В., Троицкий В.О. Описание когерентных свойств излучения лазера на парах меди // Оптика атмосф. и океана. 1993. Т. 6, № 8. С. 1005–1012.
14. Бакиев А.М., Валиев С.Х. Временные и спектрально-временные особенности внутрирезонаторного излучения активной среды на парах меди // Квант. электрон. 1989. Т. 16, № 12. С. 2644–2646.
15. Little C.E. Metal Vapor Lasers: Physics, Engineering and Applications. Chichester (UK): J. Wiley & Sons, 1999. 620 p.
16. Boyd G.D., Kleinman D.A. Parametric interaction of focused Gaussian light beams // J. Appl. Phys. 1968. V. 39, N 8. P. 3597–3639. DOI: 10.1063/1.1656831.
17. 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. DOI: 10.15372/AOO20151012; 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.
18. Троицкий В.О. Влияние формы амплитудного профиля сфокусированного лазерного излучения на эффективность генерации второй гармоники // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 12. С. 1027–1037. DOI: 10.15372/AOO20231210; Troitskii V.O. Effect of laser beam amplitude profile on second harmonic generation efficiency // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 2. P. 271–280.
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. DOI: 10.15372/AOO20220404; 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. 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. DOI: 10.15372/AOO20191210; 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.
22. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. 2-е изд. М.: Наука, 1973. 719 с.
23. Творогов С.Д., Троицкий В.О. Точные и приближенные представления для лазерного пучка в одноосной, однородной среде // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 9. С. 744–753.
24. 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.
25. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. 2-ое изд. М.: Наука, 1990. 432 с.
26. Литвинов О.С., Горелик В.С. Электромагнитные волны и оптика. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 448 с.