Перевод Ольги Ивановой
Лазерное излучение в некоторых спектральных диапазонах получают не с помощью генерации в этом диапазоне, а с помощью процессов нелинейных преобразований частоты света. В некоторых случаях это единственный способ получить лазерное излучение с требуемыми характеристиками.
Примеры нелинейного преобразования частоты:
- - удвоение частоты при суммировании и при вычитании частот генерации в кристаллах с χ (2) нелинейностью
- - параметрические колебания и параметрическое усиление (также в нелинейных кристаллических материалах)
- - оптическое выпрямление, например, для генерации терагерцовых импульсов от оптических пикосекундных или фемтосекундных импульсов
- - рамановское (комбинационное) преобразование в объемных кристаллах или в оптических волокнах, с использованием χ (3) нелинейности (рамановские (комбинационные) лазеры и усилители)
- -генерация суперконтинуума, например, в фотоннокристаллических волокнах, где целый ряд различных оптических нелинейностей одновременно способствует генерации новых частотных компонентов
- - генерация высоких гармоник (HHG) в газах, возникающих при очень высокой оптической интенсивности порядка 1014 Вт/см2 и выше.
Многие, но не все из этих процессов могут быть эффективными только при условии фазового согласования (phase matching) и при использовании поляризованного света. Лазерное излучение, как правило, поляризовано, но некоторые лазеры (например, некоторые мощные волоконные лазеры и усилители), не излучают устойчивого линейного состояния поляризации и поэтому не очень подходит для нелинейного преобразования частоты.
Эффективное преобразование при высоких оптических интенсивностях
Нелинейное преобразование частоты может быть эффективно только при достаточно высокой оптической интенсивности, интенсивность часто приходится увеличивать одним или несколькими из следующих способов:
- - Импульсный (например, лазер с синхронизацией мод или Q-switch) лазер может иметь пиковую мощность, которая будет намного выше, чем средняя мощность
- -Для одночастотных или синхронизированных по моде лазеров может быть использовано резонансное усиление (резонансное удвоение частоты)
- - Нелинейное преобразование также может быть сделано внутри резонатора лазера (внутрирезонаторное удвоение частоты)
- - Другая возможность заключается в увеличении длины взаимодействия в волноводе (например, из LiNbO3) или волокне (последние используется только для процессов с участим нелинейности χ (3)). Волновод, особенно с малым поперечным сечением, может привести к высокой эффективности преобразования даже при низкой оптической мощности.
Допустимые интенсивности часто ограничиваются порогами разрушения материалов. Есть ситуации, когда это ограничение не позволяет достичь высокоэффективного преобразования частоты.
Примером является удвоение частоты сверхкоротких импульсов в ультрафиолетовой области спектра, где большое несоответствие групповой скорости ограничивает длину взаимодействия, в то время как порог разрушения является относительно низким.
По материалам интернет-энциклопедии www.rp-photonics.com
