Оптический параметрический генератор

2. Оптический параметрический генератор по п. 1, отличающийся тем, что плоские зеркала изготовлены из кварцевого стекла или стекла марки К 8 или К 1 О 8, или 1 Т-ВК 7.Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для параметрической генерации излучения, и может быть использована для создания источников инфракрасного направленного излучения.Известен параметрический генератор света (ПГС) 1, включающий резонатор, образованный плоским зеркалом, входным для излучения накачки, и сферическим выходным зеркалом, между которыми расположен нелинейный одноосный кристалл ниобата лития ЫМЬО 3.Излучение накачки лазера с длиной волны излучения Ж, равной 1,064 мкм, фокусируется линзой на нелинейном кристалле ниобата лития. Продольная ось кристалла составляет с оптической осью 2 угол 46. Плоское и сферическое (радиус кривизны К 50 мм) зеркала резонатора параметрического генератора расположены вне резонатора лазера накачки, пропускают излучение накачки с Ж 1,064 мкм и имеют высокий коэффициент отражения в диапазоне длин волн около 2,1 мкм. При использовании выходного сферического зеркала с коэффициентом отражения 0,96 на длине волны 2,1 мкм получается излучение генератора с Ж 2,1 мкм с коэффициентом преобразования 8 от мощности излучения накачки.Однако, из-за применения полусферического резонатора описанный внерезонаторный ПГС имеет большую расходимость излучения.Более низкую расходимость излучения имеет внутрирезонаторный ПГС 2, являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату. Он содержит резонатор с обратной связью на одной из двух генерируемых волн, образованный двумя отражателями, один из которых выполнен в виде плоского зеркала, и размещенные между отражателями устройство ввода-вывода накачки в виде зеркала и нелинейный одноосный кристалл с плоскопараллельными рабочими гранями. Второй отражатель резонатора выполнен в виде прямоугольной равнобедренной призмы из оптически изотропного материала. Ребро призмы, образованное пересечением ее катетных граней, параллельно плоскостям плоского зеркала резонатора и зеркала ввода-вывода накачки. Это ребро расположено с оптической осью кристалла в одной плоскости, перпендикулярной плоскости зеркала резонатора. Плоское зеркало резонатора состоит из двух сегментов, один из которых выполнен в виде прозрачного зеркала для первой генерируемой волны излучения и глухого - для второй, а другой сегмент выполнен в виде выходного зеркала для второй генерируемой волны излучения.Использование в резонаторе ПГС в качестве отражателей плоского зеркала и прямоугольной призмы позволяет получить меньшую чем в 1 расходимость излучения.В этой схеме резонатор ПГС находится внутри резонатора лазера накачки зеркало устройства ввода-вывода накачки максимально отражает излучение накачки, а призма служит одновременно концевым зеркалом лазера накачки и глухим зеркалом ПГС. В результате излучение накачки заперто в резонаторе лазера накачки, и внутри этого резонатора достигаются значительно более высокие плотности мощности в области ПГС, что повышает эффективность преобразования.При этом предъявляются высокие требования к характеристикам зеркала устройства ввода-вывода накачки. Это зеркало должно иметь, во-первых, высокий коэффициент от 2ражения при косом падении на него излучения в диапазоне длин волн накачки, во-вторых,высокий коэффициент пропускания при косом падении на него излучения в диапазоне длин волн первой и второй генерируемой волны. Одновременное выполнение этих условий может быть недостижимо технологически, что не позволит получить высокую эффективность преобразования.Задачей полезной модели является упрощение конструкции при сохранении высокой эффективности преобразования излучения с длиной волны в области 1,06 мкм в излучение с длиной волны в области 1,58 мкм.Сущность полезной модели заключается в том, что в оптическом параметрическом генераторе (ОПГ), включающем резонатор с обратной связью на одной из двух генерируемых волн, образованный двумя отражателями, первый из которых выполнен в виде первого плоского зеркала, и установленный между отражателями нелинейный кристалл с плоскопараллельными рабочими гранями, в отличие от прототипа в качестве нелинейного кристалла использован двухосный кристалл КТР, рабочие грани которого изготовлены перпендикулярно главной оси Х индикатрисы показателей преломления кристалла КТР,расположенной вдоль оптической оси резонатора, второй отражатель выполнен в виде второго плоского зеркала и изготовлен из материала, пропускающего излучение с длинами волн в области 1,06 мкм, при этом обращенная к кристаллу КТР рабочая поверхность второго плоского зеркала имеет зеркальное покрытие, коэффициент отражения которого больще или равен 0,97 для нормального падения излучения с длинами волн в области 1,58 мкм, а коэффициент пропускания больще или равен 0,5 для нормального падения излучения с длинами волн в области 1,06 мкм, а другая рабочая поверхность этого зеркала имеет просветляющее покрытие для нормального падения излучения с длинами волн в области 1,06 мкм, первое плоское зеркало изготовлено из материала, пропускающего излучение с длинами волн в области 1,58 мкм, и имеет на рабочей поверхности, обращенной к кристаллу КТР, зеркальное покрытие с коэффициентом отражения в пределах от 0,1 до 0,8 для нормального падения излучения с длинами волн в области 1,58 мкм и с коэффициентом отражения больщим или равным 0,96 для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,06 мкм, а вторая рабочая поверхность этого зеркала имеет просветляющее покрытие для нормального падения излучения с длинами волн в области 1,58 мкм.В частности, плоские зеркала могут быть изготовлены из кварцевого стекла или стекла марки К 8 или К 108, или Ы-ВК 7.Использование в качестве нелинейного кристалла двухосного кристалла КТР (титанила фосфата калия или сокращенно КТ 1 ОРО 4), плоскопараллельные рабочие грани которого изготовлены перпендикулярными главной оси Х индикатрисы показателей преломления кристалла, расположенной вдоль оптической оси резонатора ОПГ, обеспечивает эффективное параметрическое преобразование излучения с длинами волн, находящихся в области 1,06 мкм, в излучение с длинами волн в области 1,58 мкм.Связано это с тем, что при указанном расположении кристалла КТР вдоль этой оси Х на кристалл направляется поляризованное когерентное излучение накачки. При этом полярный угол 6 между главной осью 2 индикатрисы показателей преломления кристалла КТР и направлением распространения излучения накачки с длиной волны в области 1,06 мкм составляет 90. Таким образом, реализуется некритичный фазовый синхронизм для параметрического преобразования излучения накачки с длинами волн, находящихся в области 1,06 мкм, в излучение с длинами волн в области 1,58 мкм, что обеспечивает эффективное параметрическое преобразование.Угол (р между главной осью Х индикатрисы показателей преломления кристалла КТР и проекцией направления распространения излучения накачки с длиной волны в области 1,06 мкм на плоскость главных осей ХУ индикатрисы показателей преломления кристалла может быть любым в пределах от 0 до 90. Но максимальная эффективность преобразо 131329711 200741248вания кристалла КТР Достигается при угле (р, равном 0. Поэтому в направлении распространения Излучения накачки с параметрами 0 90, (р 0 достигается максимальная эффективность параметрического преобразования излучения с длиной волны в области 1,06 МКМ в излучение сигнальной волны ОПГ с длиной волны в области 1,58 мкм.В кристалле КТР излучение накачки параметрически преобразовывается в две волны излучение сигнальной волны с длиной волны в области 1,58 мкм и излучение холостой волны с длиной волны в области 3,33 мкм. В описанных условиях кристалл КТР позволяет обеспечить некритичный фазовый синхронизм при взаимодействии типа ор о,е, или Ор е 5 од, где Ор, од, од - обыкновенные волны накачки, сигнальной волны и холостой волны, распространяющиеся в кристалле, а е, и е - необыкновенные сигнальная и холостые волны, распространяющиеся в кристалле.Излучение сигнальной волны усиливается в резонаторе из плоских зеркал с нелинейным кристаллом и выходит наружу через частично прозрачное (для излучения сигнальной волны с длиной волны в области 1,58 мкм) первое плоское зеркало.Таким образом, в условиях некритичного фазового синхронизма в кристалле КТР обеспечивается эффективное параметрическое преобразование излучения с длинами волн,находящихся в области 1,06 мкм, в излучение с длинами волн в области 1,58 мкм.Выполнение второго отражателя в виде второго плоского зеркала способствует упрощению конструкции ОПГ. Изготовление второго плоского зеркала из материала, пропускающего излучение с длинами волн, находящихся в области 1,06 мкм, позволяет пропустить через него излучение накачки с длиной волны в области 1,06 мкм с малыми потерями и увеличить эффективность преобразования в ОПГ.Наличие на обращенной к кристаллу рабочей поверхности этого зеркала зеркального покрытия, коэффициент отражения которого больше или равен 0,97 для нормального падения излучения с длинами волн в области 1,58 мкм, позволяет использовать второе плоское зеркало как глухое (почти полностью отражающее) для излучения генерации ОПГ с длинами волн в области 1,58 мкм. Указанный коэффициент отражения может быть любым в диапазоне от 0,97 до 1,0 без существенного изменения эффективности преобразования в ОПГ.Наличие у этого покрытия коэффициента пропускания больщего или равного 0,5 для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,06 мкм, позволяет обеспечить достаточную мощность накачки ОПГ. При разных уровнях накачки возможен оптимальный (по эффективности преобразования) коэффициент пропускания этого покрытия, находящийся в пределах от 0,5 до 1,0.Наличие на другой рабочей поверхности второго плоского зеркала просветляющего покрытия для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,06 мкм, позволяет уменьшить потери излучения накачки ОПГ и увеличить эффективность преобразования в ОПГ.Изготовление первого плоского зеркала из материала, пропускающего излучение с длинами волн, находящихся в области 1,58 мкм, позволяет пропускать через него излучение генерации ОПГ с длиной волны в области 1,58 мкм с малыми потерями и соответственно использовать его в качестве выходного зеркала ОПГ.Наличие на рабочей поверхности первого плоского зеркала, обращенной к кристаллу,зеркального покрытия с коэффициентом отражения в пределах от 0,1 до 0,8 для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,58 мкм, позволяет обеспечить эффективное параметрическое преобразование в ОПГ в излучение с длиной волны в области 1,58 мкм.Наличие у этого покрытия коэффициента отражения больщего или равного 0,97 для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,06 мкм, позволяет обеспечить максимальную мощность накачки ОПГ. Это покрытие является одновременно концевым зеркалом лазера накачки. В результате излучение накачки заперто врезонаторе лазера накачки, И внутри этого резонатора достигаются высокие плотности мощности накачки в области ОПГ, за счет чего повышается эффективность преобразования. Указанный коэффициент отражения может быть любым в Диапазоне от 0,97 до 1,0 без существенного изменения эффективности преобразования в ОПГ.Наличие на второй рабочей поверхности этого зеркала просветляющего покрытия для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,58 мкм, позволяет уменьщить потери выходного излучения ОПГ, соответственно, увеличить эффективность преобразования в ОПГ.Зеркала ОПГ возможно изготавливать из кварцевого стекла или стекол марок К 8 или К 108, или Ы-ВК 7, что позволяет обеспечить минимальные потери для излучения накачки,а также для излучения генерации ОПГ (сигнальной волны) и соответственно увеличить эффективность преобразования в ОПГ.Полезная модель поясняется чертежом.На фигуре представлена оптическая схема ОПГ.ОПГ содержит резонатор с обратной связью для сигнальной волны с длиной в области 1,58 мкм (одна из двух генерируемых волн), образованный двумя плоскими зеркалами 1 и 2, выставленными параллельно друг другу. Между этими зеркалами помещен нелинейный кристалл 3, изготовленный из двухосного кристалла КТР, плоскопараллельные рабочие грани 4 и 5 которого выполнены перпендикулярными главной оси Х индикатрисы показателей преломления кристалла с точностью 130. В резонаторе ОПГ кристалл КТР 3 расположен так, что эта ось Х располагается вдоль оптической оси резонатора, вдоль которой на кристалл направляется поляризованное когерентное излучение накачки. При этом полярный угол 6 между главной осью 2 индикатрисы показателей преломления кристалла и направлением распространения излучения накачки (устройство накачки на чертеже не показано) с длиной волны в области 1,06 мкм равен 90. Кристалл КТР 3 расположен так,что угол (р между главной осью Х индикатрисы показателей преломления кристалла и проекцией направления распространения излучения накачки с длиной волны в области 1,06 мкм на плоскость главных осей ХУ индикатрисы показателей преломления кристалла составляет 0. Угол (р может находиться в пределах от 0 до 90, однако в направлении 0 90, (р 0 достигается максимальная эффективность параметрического преобразования излучения с длиной волны в области 1,06 мкм в излучение сигнальной волны ОПГ с длиной волны в области 1,58 мкм.Плоские зеркала 1 и 2 изготовлены из кварцевого стекла КИ, пропускающего излучение с длинами волн, находящихся в областях 1,06 мкм и 1,58 мкм, однако их можно изготовить из стекол К 8 или К 108, или Ы-ВК 7, также пропускающих излучение в указанном спектральном диапазоне.Первое плоское зеркало 1 является выходным для излучения ОПГ и имеетна рабочей поверхности 6, обращенной к кристаллу, интерференционное зеркальное отражающее покрытие с коэффициентом отражения, равным 0,6 для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,58 мкм, и с коэффициентом отражения, равным 0,99 для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,06 мкмна рабочей поверхности 7 интерференционное просветляющее покрытие с коэффициентом отражения р З 0,2 для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,58 мкм.Коэффициент отражения зеркального покрытия рабочей поверхности 6 первого плоского зеркала 1, равный 0,6 для нормального падения излучения с длинами волн, находящихся в области 1,58 мкм, является оптимальным для получения максимальной эффективности преобразования, однако теория и эксперимент показывают, что приемлемые эффективности преобразования получаются и при коэффициенте отражения в пределах от 0,1 до 0,8.