3.6 Параметрические лазеры

Параметрические оптические генераторы и усилители – это источники когерентного оптического излучения, в которых мощная оптическая волна одной частоты (частоты накачки), проходя через нелинейный кристалл, преобразуется в оптические волны других меньших частот. Под действием электрического поля Е волны накачки большой интенсивности меняется диэлектрическая проницаемость нелинейного кристалла

(Е) = +4πλΕ (3.4)

где λ - квадратичная восприимчивость.

Вследствие переменной во времени диэлектрической проницаемости на входной грани нелинейного кристалла возбуждаются электромагнитные колебания с частотами и и фазами и , связанными соотношениями

и (3.5)

Эти колебания распространяются через кристалл в виде двух оптических волн. Суммарная энергия обеих волн равна энергии волны накачки. Поэтому параметрические лазеры могут быть использованы для усиления слабых когерентных оптических волн или генерации перестраиваемого по частоте лазерного излучения.

Источником накачки служат также лазеры непрерывного и импульсного действия на основной частоте или гармониках их излучения.

Значительный прогресс в создании эффективных умножителей оптической частоты связан с появлением лазеров на иттрий – алюмиевом гранате с неодимом. Излучение этих лазеров (1.064 мкм) оказалось весьма подходящим для эффективной генерации гармоник в видимом (0,532 мкм; вторая гармоника) и ультрафиолетовом (0,266 мкм; четвертая гармоника) диапазонах. Суммарная частота лазера на гранате с неодимом и лазера на красителе попадает в практически важный сине – фиолетовый участок спектра, где генерация мощного когерентного излучения традиционным способом затруднена.

Так для генерации сверхбольших мощностей лазерных импульсов используются оптические параметрические усилители на нелинейных кристаллах КDP и DKDP. Источниками накачки служат твердотельные лазеры на стекле с ионами . Коэффициент усиления за один переход достигает при импульсной мощности на выходе до 40 Дж и длительности импульса порядка 1 нс.

Широко развиваются методы внутрирезонаторной генерации оптических гармоник – когда нелинейный кристалл помещается внутри резонатора лазера, в активном элементе которого генерируется излучение основной частоты. Для лазеров с непрерывной накачкой, где мощность выходного излучения существенно меньше мощности излучения внутри резонатора, такие методы позволяют значительно повысить эффективность преобразования во вторую гармонику.

Возможно и широко применяется плавная перестройка частоты излучения при помощи параметрического генератора света.

Контрольные вопросы

1. Что такое твердотельные лазеры?

2. Каковы активные среды твердотельных лазеров?

3. Физические принципы построения полупроводниковых лазеров?

4. Каковы особенности полупроводниковых лазеров на гетеропереходах?

5. Каковы особенности жидкостных лазеров?

6. Какие типы газовых лазеров вы знаете?

7. Как создается инверсия населенностей уровней в газоразрядных лазерах?

8. Какими особенностями отличаются молекулярные лазеры?

9. Что представляет собой эксимерные лазеры?

10. Что такое газодинамические лазеры?

11. Каковы основные принципы работы химических лазеров?

Рекомендуемая литература

1. Щука А.А. Наноэлектроника. Учебное пособие. Москва, Физматкнига, 2007.

2. Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. основы квантовой электроники. Учебное пособие. СПб, издательство СПбГТУ, 2001.

3. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридгин В.А. основы наноэлектроники. Учебное пособие. Москва, Физматкнига, 2006.

4. Елисеев П.Г. полупроводниковые лазеры – от гетеропереходов до квантовых точек. Квантовая электроника, 2002, т. 32, № 12.

5. Жуков А.Е., Ковш А.Р. Полупроводниковые лазеры на основе квантовых точек. Квантовая электроника, 2008, т. 38, № 5, с. 402