Порядок выполнения работы.

1. Собрать оптическую схему представленную на рисунке 3.

2. Провести юстировку схемы с помощью Не-Nе лазера, добиться генерации излучения.

3. Выбрать оптимальный коэффициент пропускания зеркала 4.

4. Измерить энергию излучения задающего генератора.

5. Измерить энергию излучения схемы генератор-усилитель.

6. Определить коэффициент усиления лазерного излучения.

7. В оптической схеме (рис.3) убрать зеркало 4 провести юстировку и измерить энергию излучения. Определить коэффициент усиления.

7. Составить отчет о проделанной работе.

Контрольные вопросы.

1. Принцип действия оптических квантовых усилителей.

2. Типы квантовых усилителей.

3. Основные характеристики усилителей.

4. Резонаторные оптические квантовые усилители.

5.Оптические квантовые усилители бегущей волны.

Литература.

1. Ю.В. Байбародин Основы лазерной техники.- Киев: высшая школа,1981.

2. Н.В. Карпов Квантовые усилители.-М:ИНИ,1966.

87

3. Оптические когерентные квантовые генераторы и усилители/Под редакцией Н.Е. Жаботинского -М:ИИЛ, 1963.

4. С.Г. Рябов Приборы квантовой электроники.-М:Сов. радио, 1976.

Лабораторная работа№10 исследование процесса преобразования лазерного излучения в излучение удвоенной частоты

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение основ теории генерации оптических гармоник, проведение экспериментальных исследований преобразования излучения лазера =1.06мкм в излучение удвоенной частоты.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: твердотельный лазер, блок питания лазера, нелинейный преобразователь (кристалл КДР ), светофильтр, измеритель энергии ИКТ-1Н.

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.