§ 7. ГЕНЕРАЦИЯ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ СВЕТА С ПОМОЩЬЮ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ

Мак-Колл и Дэвис [36] впервые наблюдали генерацию второй гармоники света с помощью непрерывного газового лазера. Несмотря на небольшую мощность газового лазера, его преимуществом является возможность получения в процессе ГВГ точных данных о квантовом выходе и значениях коэффициентов нелинейной восприимчивости; газовый лазер позволяет также исследовать случайные флуктуации частоты второй гармоники при взаимодействии фотонов с фононами кристаллической решетки.

В эксперименте Мак-Колла и Дэвиса гелий-неоновый лазер работал в видимом диапазоне на моде поэтому сечение пучка представляло собой круг красного цвета. Мощность

лазера составляла 20 мВт. Лазерный пучок фокусировали на поверхность кристалла KDP. Кристалл был установлен под углом к направлению распространения пучка, обеспечивающим оптимальный фазовый синхронизм. С целью полного поглощения красного основного пучка излучение второй гармоники пропускали через жидкостный фильтр из сульфата никеля. Пучок излучения второй гармоники регистрировали с помощью фотопластинки или фотоумножителя. Рассчитанный квантовый выход процесса ГВГ составлял Мощность второй гармоники достигала примерно 10-12 Вт.

Аналогичный эксперимент выполнили Ашкин, Бойд и Дзедзиц [37]. Они использовали гелий-неоновый лазер инфракрасного диапазона мкм). Кристалл KDP освещали как сфокусированным, так и несфокусированным лазерным пучком. Расходимость основного пучка на уровне 0,5 составляла градуса. В рубиновом лазере эта величина обычно составляет около 0,25°. Высокая монохроматичность, малая расходимость и модовая «чистота» пучка обеспечивают в процессе ГВГ когерентную длину, которая на несколько порядков выше, чем при использовании рубинового лазера. В работе [37] были получены следующие численные значения. Мощность второй гармоники при генерации на кристалле KDP толщиной 1,23 см составила мощность основного пучка Значение полученного коэффициента нелинейной восприимчивости примерно в 5 раз больше, чем в процессе ГВГ с помощью рубинового лазера.

Рис. 17.12. Основные пучки инфракрасного излучения (вверху) и пучки с частотами второй гармоники и комбинационными частотами, полученные в кристалле KDP, который был установлен под углом фазового синхронизма (внизу).

Рис. 17.13. Длины волн основных пучков, вторых гармоник и комбинационных пучков.

В эксперименте Качмарека и Енджейчак [38] вторая гармоника гелий-неонового лазера, работавшего на длине волны 1,15 мкм, возбуждалась в условиях фазового синхронизма в кристаллах KDP и которые помещались как снаружи, так и внутри оптического резонатора лазера. Максимальная мощность Не-Ne-лазера составляла 8 мВт. Лазерная трубка длиной содержала смесь изотопа и неона при общем давлении 6 мм рт. ст. Лазер генерировал излучение четырех длин волн: 11 523, 11 614, 11 767 и 11 985 А. Получены вторые гармоники на соответствующих четырех частотах, а также излучение на шести комбинационных частотах. Излучение на основных частотах, а также на частотах вторых гармоник и комбинационных частотах было зарегистрировано с помощью спектрографа и электронно-оптического преобразователя (рис. 17.12). Точные значения всех длин волн приведены на рис. 17.13. Схема эксперимента показана на рис. 17.14. Благодаря фазовому синхронизму (который обеспечивается выбором угла основной пучок с примерно круглым сечением возбуждает ряд гармоник с сечениями пучков в виде линий. Пучки с частотами

Рис. 17.14. Схема генерации гармоник с помощью Не — Ne-лазора.

вторых гармоник и комбинационными частотами настолько интенсивны, что видны невооруженным глазом при дневном свете. Поворот кристалла (изменение угла ) вызывает поочередную генерацию тех линий, для которых выполняется условие фазового синхронизма.

Особенно удобны для ГВГ импульсные газовые лазеры, обычно работающие с частотой повторения импульсов от нескольких герц до нескольких килогерц.