084

86

«Квантовая электроника», 54, № 2 (2024)

Ю.А.Адаменков, М.А.Горбунов, Е.В.Кабак и др.

ра. Основная часть энергии генерации на длине волны

.ед.)

5000

877 нм была направлена в сторону экрана, поскольку ко-

893.1 нм

912.3 нм

эффициент отражения дихроичного зеркала для этой

(произв

4000

длины волны меньше, чем коэффициент отражения пло-

ского выходного зеркала. Давление и скорость потока

3000

газовой среды в разрядной камере регулировались с по-

Интенсивность

мощью двух кранов-натекателей, расположенных до и

после разрядной камеры. Давление газовой среды и ско-

2000

рость потока в области разряда измерялись с помощью

электронного датчика давления МИДА-ДА и ротаметра

1000

877.7 нм

РМ-02-04Г соответственно. Давление среды в разрядной

камере в экспериментах варьировалось в диапазоне 1 –

1.5 атм.

0

880

900

920

860

4. Получение одновременной генерации

Длина волны (нм)

Рис.5.  Спектр генерации со стороны дихроичного зеркала.

Были проведены эксперименты с несколькими вари-

антами газовых смесей с различными соотношениями

10

He : Kr : Ar в них. При использовании смесей с соотноше-

)

ниями 98 : 1 : 1, 96 : 1 : 3 и 96 : 2 : 2 получить одновременную

мВт(

8

100

генерацию на длинах волн 893 и 912 нм не удалось. В экс-

Мощность

893

9 л/мин

периментах с использованием таких смесей возникала ге-

I

I /

нерация либо на атомах криптона, либо на атомах арго-

6

8 л/мин

912

7 л/мин

на. Одновременная лазерная генерация на трёх длинах

10

волн была получена при использовании смеси с соотно-

4

шением He : Kr : Ar = 98 : 0.5 : 1.5. На рис.4 приведён спектр

генерации со стороны плоского выходного зеркала.

Поскольку коэффициент отражения дихроичного зерка-

2

ла на длине волны 877.7 нм меньше, чем у плоского зерка-

1

ла, наблюдение генерации на 877.7 нм одновременно с

0

генерацией на 893.1 и 912.3 нм было возможно лишь со

80

100

120

140

стороны дихроичного зеркала. Спектр генерации со сто-

Частота (кГц)

роны дихроичного зеркала представлен на рис.5. Интен­

Рис.6.  Зависимости выходной мощности генерации (сплошные кри­

сивность генерации на длине волны 877.7 нм составила

вые) и отношения интенсивностей генерации на 912 и 893 нм

менее 1 % от суммарной. Причина такой низкой интен-

(штриховые кривые­ ) от частоты следования импульсов при раз-

сивности излучения на длине волны 877.7 нм (на один-два

личном расходе газовой смеси.

порядка ниже интенсивности на 893.1 нм) подробно рас-

смотрена в работе [14].

сивности генерации на длине волны 912.3 нм к интенсив-

Далее примем, что измеренная суммарная интенсив-

ности генерации на длине волны 893.1 нм в зависимости

ность на длинах волн 893.1 и 912.3 нм пропорциональна

от частоты следования импульсов разряда. Результаты

общей мощности генерации. Для каждой серии экспери-

приведены для расхода смеси от 7 до 9 л/мин. При расхо-

ментов измерялась суммарная мощность генерации и

де 9 л/мин давление в разрядной камере составляло 1.3 ´

вклад каждой линии в общую генерацию. В каждой серии

105 Па, при расходе 8 л/мин – 1.21 ´ 105 Па, а при расходе

экспериментов варьировались такие параметры, как дав-

7 л/мин – 1.16 ´ 105 Па. Из рис.6 следует, что максималь-

ление и расход газовой смеси и частота следования им-

ная мощность генерации в проводимых экспериментах

пульсов разряда.

достигалась при частоте следования импульсов разряда

На рис.6 представлены результаты измерения выход-

90 ± 10 кГц. На этих частотах (при расходе 9 л/мин) ин-

ной мощности лазерной генерации и отношения интен-

тенсивности генерации на длинах волн 912.3 и 893.1 нм

2000

приблизительно равны. При повышении частоты сле­

.)

912.3 нм

дования импульсов генерация на длине волны 912.3 нм

893.1 нм

начинает преобладать над генерацией на длине волны

.ед

893.1 нм вплоть до полного её подавления. При снижении

произв

ции снижалась более чем в три раза.

частоты импульсов ниже 70 кГц мощность общей генера-

(

Зависимость выходной мощности генерации на двух

Интенсивность

1000

длинах волн от давления в кювете показана на рис.7.

Расход смеси в проведённой серии измерений составлял

9 л/мин. При давлении газовой смеси в кювете ниже 1.2 ´

105 Па генерация на длине волны 912.3 нм практически

полностью подавляла генерацию на 893.1 нм. С увеличе-

0

880

890

900

910

920

нием давления выше 1.4 ´ 105 Па начинала преобладать

генерация на длине волны 893.1 нм. При давлениях от

Длина волны (нм)

1.2 ´ 105 до 1.4 ´ 105 Па спектральные линии имели при-

Рис.4.  Спектр генерации со стороны плоского зеркала.

близительно одинаковую интенсивность.

Одновременная генерация на трёх длинах волн в среде He – Kr – Ar с оптической накачкой

87

.)

1.0

8

100

)

ед

(мВт

893

(отн.

/I

0.8

912

Мощность

6

I

Интенсивность

10

0.6

4

0.4

2

1

0.2

0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

Время (мкс)

0

1.0

1.2

1.4

Рис.9.  Интенсивность генерации между двумя последовательными

импульсами разряда.

Давление (105 Па)

Рис.7.  Мощность генерации и отношение интенсивностей I912/I893

877.7 нм составляла менее 1 % от суммарной интенсивно-

в зависимости от давления в кювете.

сти излучения. В процессе проведения экспериментов на

модели лазера исследованы зависимости общей мощно-

9

12.5

сти генерации от расхода рабочей смеси, давления газо-

)

893

вой среды в разрядной камере и частоты следования им-

мВт(

/I

пульсов электрического разряда. Максимально достиг-

912

нутый

уровень

суммарной

мощности

излучения

на

Мощность

8

10.0

I

длинах волн 893.1 и 912.3 нм составил ~8 мВт.

Полученные результаты экспериментов демонстри­

7

7.5

руют принципиальную возможность одновременной ге-

нерации на двух атомах инертных газов при их одновре-

менной накачке. Варьируя расход газовой среды и час­

6

5.0

тоту следования разрядных импульсов, можно получить

произвольное соотношение интенсивностей на обеих

длинах волн генерации. В проведённых экспериментах

5

2.5

интенсивности лазерной генерации на атомах аргона и

криптона были практически равны при частоте следо-

вания импульсов разряда в диапазоне 80 – 100 кГц, расхо-

4

4

6

8

10

0

де смеси от 8 до 9 л/мин, давлении смеси от 1.2 ´ 105 до

12

1.4 ´ 105 Па.

Расход (л/мин)

Лазерное устройство, позволяющее генерировать из-

Рис.8.  Мощность генерации и отношение интенсивностей I912/I893

лучение на двух близких длинах волн равной интенсив-

в зависимости от расхода смеси.

ности, может оказаться полезным для получения излуче-

На рис.8 представлена зависимость выходной мощно-

ния в терагерцевом диапазоне, т. к. разностная частота

длин волн 912.3 и 893.1 нм составляет 7 ТГц. Поскольку

сти генерации на двух длинах волн от расхода смеси в

оба излучения (893.1 и 912.3 нм) исходят из одного и того

разрядной камере. Давление в системе составляло 1.4 ´

же резонатора и следуют по одной и той же траектории,

105 Па. Видно, что максимальная суммарная мощность

существенно облегчается настройка положения и фазы

генерации получена при расходе смеси от 7 до 9 л/мин.

каждого из них на нелинейном кристалле для получения

При значениях расхода вне этого диапазона мощность

разностной частоты. Для эффективного преобразования

генерации снижается в несколько раз.

излучения ЛОНИГ в излучение терагерцевого диапазона

На рис.9 приведена общая интенсивность лазерной

необходимо повышение мощности генерации криптона

генерации между двумя последовательными импульсами

(877.7 и 893.1 нм), что требует проведения дополнитель-

разряда. Большие колебания интенсивности свидетель-

ных теоретических и экспериментальных исследований.

ствуют о невысоком времени жизни метастабильных ато-

Также более эффективному преобразованию будет спо-

мов в экспериментах (ср., напр., с работой [14]).

собствовать организация работы ЛОНИГ в импульсно-

5. Заключение

периодическом режиме с поляризованным излучением

генерации по предложенному в работе [20] методу cavity-

В ходе экспериментов получена одновременная ла­

dump.

зерная генерация на длинах волн 912.3 (Ar), 893.1 (Kr) и

1. Han J., Heaven M.C. Opt. Lett., 37, 2157 (2012).

877.7 нм (Kr) на смеси He : Kr : Ar = 98 : 0.5 : 1.5 с использо-

2. Sun P., Zuo D., Mikheyev P.A., et al. Opt. Express, 27, 22289

ванием источника накачки, состоящего из четырёх оди-

(2019).

3.

Han J., Heaven M.C. Opt. Lett., 39, 6541 (2014).

наковых излучателей, один из которых настроен на дли-

4.

Han J., Glebov L., Venus G., Heaven M.C. Opt. Lett., 38, 5458 (2013).

ну волны 811.5 нм для накачки атомов аргона, а три

5. Михеев П.А. Квантовая электроника, 45 (8), 704 (2015) [Quantum

других – на длину волны 811.3 нм для накачки атомов

Electron., 45 (8), 704 (2015)].

криптона.

Интенсивность

генерации на

длине волны

6.

Han J., Heaven M.C. Opt. Lett., 40 (7), 1310 (2015).