§ 13. ГЕНЕРАЦИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК С ПОМОЩЬЮ ПИКОСЕКУНДНЫХ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ

Одновременно с развитием методов получения пикосекундных импульсов света появились сообщения о возможности генерации высших гармоник, длительности импульсов которых также составляют несколько пикосекунд. Более того, с помощью генерации второй гармоники можно измерять длительность пикосекундного импульса. Этот метод будет рассмотрен подробнее в гл. 27, посвященной получению и измерению пикосекундных импульсов. Теоретическое описание процесса умножения частоты пикосекундных импульсов света дали в 1968 г. Комли и Гармайр [55]. Частотный спектр пикосекундногоо импульса достаточно широк, иногда он охватывает полосу 100 А и более. Поэтому трудно выполнить условие фазового синхронизма для всех составляющих импульса.

Результаты Комли и Гармайр для основного пучка со спектральной шириной 100 А таковы. По мере увеличения толщины нелинейного кристалла (в особенности это относится к кристаллу длительность импульса второй гармоники возрастает, а форма импульса приближается к прямоугольной. Возрастание длительности импульса в продолжается до тех пор, пока толщина кристалла не превысит 0,6 мм. В кристалле KDP эта толщина значительно больше и достигает 5 см, а в см. Эффективность процесса ГВГ (для пикосекундных импульсов) может достигать 10-3 в кристалле в Расчеты Комли и Гармайр нашли экспериментальное подтверждение в работах Шапиро [56], Гленна [57] и др.

В 1972 г. Рэбсон и др. [58] предложили весьма эффективный метод генерации пикосекундных импульсов второй гармоники. Впервые получены импульсы в кристалле с длиной волны 0,531 мкм и мощностью при мощности накачки Схема аппаратуры Рэбсона и др. показана на рис. 17.21. Генератором пикосекундных световых импульсов служил неодимовый лазер, в котором осуществлялась синхронизация мод с помощью красителя (см. гл. 27). Для генерации второй гармоники применялся кристалл с тетрагональной структурой; его энергетический порог повреждения очень высок и достигает Кристалл CDA оказался одним из лучших нелинейных кристаллов. Он был помещен в оптический резонатор таким образом, чтобы основное излучение проходило через него целиком, а пучок второй гармоники мог сразу покидать резонатор без поглощения в неодимовом стекле.

Рис. 17.21. Система Рэбсона и др. [58] для эффективной генерации пикосекундных импульсов второй гармоники.

Зеркало 1 обладает коэффициентом отражения на длинах волн 1,06 и 0,53 мкм, зеркало 2 имеет коэффициент отражения на мкм и коэффициент пропускания на мкм, зеркало 3 имеет на мкм.

В том же году Тункин и др. [59] сообщили о получении пикосекундного импульса пятой гармоники основной волны. Ранее Ахманов и др. [60] получили наносекундные импульсы пятой гармоники. В их экспериментах кристалл KDP охлаждался до температуры —70°С для обеспечения фазового синхронизма. Схема установки Тункина и др. показана на рис. 17.22. Неодимовый лазер излучал цуг из 20 пикосекундных импульсов. Энергия всего цуга составляла 0,4 Дж. Длина каждого кристалла KDP была равна 4 см, а кальцита — 0,5 см. В первом кристалле возбуждалась вторая гармоника мкм) в процессе Спектральная ширина импульса второй гармоники составляла 35 А. Из теоретического анализа следует, что для кристалла KDP толщиной 4 см эта спектральная ширина в раз больше, чем у импульса основной частоты. В кристалле 2 волна основной частоты смешивалась со второй гармоникой согласно соотношению Спектральная ширина третьей гармоники составляла 25 А. В кристалле кальцита два фотона основной волны взаимодействовали с одним фотоном третьей гармоники в процессе Условие фазового

Рис. 17.22. Каскад преобразования частоты пикосекундных импульсов [59],

синхронизма в этом процессе выполнялось для направления, составлявшего угол с оптической осью кристалла. Длина волны пятой гармоники была равна 0,212 мкм, мощность .