Физическая энциклопедия - оптический преобразователь частоты

устройство для преобразования частоты лазерного излучения, принцип действия к-рого основан иа нелинейности поляризации среды в сильном световом поле (см. НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА). Увеличение частоты осуществляется с помощью оптич. умножителей частоты и генераторов суммарных частот. Процесс удвоения частоты наблюдается в средах с квадратичной нелинейностью.

По мере распространения световой волны в такой среде вдоль направления фазового синхронизма (см. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР СВЕТА) происходит перекачка энергии от волны осн. частоты w в энергию волн 2-й гармоники 2w. Интенсивности осн. волны и 2-й гармоники зависят от отношения l/lнл, где l расстояние, к-рое прошёл свет в среде, а lнл характерная длина, на к-рой происходит перекачка 50% энергии осн. волны во 2-ю гармонику (рис. 1). Рис. 1. Зависимость относительных интенсивностей излучения на осн. частоте w и на частоте 2-й гармоники 2w от отношения I/Iнл. Напр., при преобразовании частоты излучения неодимового твердотельного лазера с плотностью мощности излучения =106 Вт/см2 в кристалле ниобата лития lнл=3 см.

Наиболее эффективно удвоение частоты осуществляется в О. п. ч. с нелинейным кристаллом, помещённым между зеркалами резонатора лазера (рис. 2). Рис. 2. Схема впутрирезонаторной генерации 2-й гармоники (R коэфф. отражения зеркал, зависящий от частоты). Кристалл располагают в области с мин. шириной сфокусированного пучка осн. излучения, т.

к. эффективность преобразования пропорц. плотности мощности осн. излучения. Рис. 3. Схема установки для каскадной генерации 5-й гармоники: КДР нелинейные кристаллы дигидрофосфата калия; Ф1-Ф3узкополосные фильтры. Для умножения частоты используются и генераторы высших гармоник.

Однако в большинстве случаев оказывается более эффективным использование неск. каскадов удвоения частоты, т. е. последовательное многократное удвоение частоты в кристаллах с квадратичной нелинейностью (рис. 3). В генераторах суммарных частот волны с разл. частотами w1 и w2 преобразуются в квадратично нелинейной среде в волну с частотой w1+w2.

Генераторы суммарных частот используются как источники перестраиваемого излучения (гл. обр. в УФ диапазоне) и для преобразования ИК излучения в видимое (преобразование сигналов и изображений). Уменьшение частоты осуществляется с помощью параметрических генераторов света, генераторов разностных частот и комбинационных лазеров.

Параметрич. генераторы один из наиб. перспективных источников мощного перестраиваемого по частоте когерентного излучения в диапазоне длин волн l>1 мкм. Если в параметрич. генераторе сигнальная волна возникает из шумов, то в генераторе разностных частот волны с частотами w1 и w2 преобразуются на кристалле с квадратичной нелинейностью в излучение с частотой w1-w2. Генераторы разностных частот применяются в ИК диапазоне, они работают как в непрерывном режиме, так и в импульсном с наносекундной и пикосекундной длительностью импульсов. Другой метод получения перестраиваемого излучения в ИК области состоит в использовании вынужденного комбинационного рассеяния света.

Ширина комбинационных резонансов в тв. телах во много раз меньше ширины разрешённых переходов. Поэтому несмотря на то, что в основе комбинационных лазеров лежат вз-ствия, основанные на кубич. нелинейности, их эффективность достаточно велика. О.п.ч. позволяют получить когерентное эл.-магн. излучение практически во всей области от вакуумного УФ диапазона до субмиллиметрового.

Так, с помощью умножителей частоты получено излучение с l=53,3 и 38,8 нм, в то время как наименьшая длина волны, полученная путём прямой генерации, равна 116 нм. Генераторы разностных частот дают возможность получить когерентное излучение практически во всём ИК диапазоне от l=1 мкм до субмиллиметровых волн. .