Исследование нелинейно-оптической восприимчивости второго порядка новых боратных кристаллов по генерации второй гармоники в порошковом тесте Куртца-Перри
Реферат 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1 Литературный обзор 5
1.1 Генерация излучения на новых частотах 5
1.1.1. Генерация второй гармоники 5
1.1.2. Нелинейная поляризация 6
1.1.3. Фазовый синхронизм 7
1.2 Нелинейно-оптические кристаллы 8
1.2.1 Определение и свойства нелинейно-оптического кристалла 8
1.2.2 Кристалл KDP 10
1.2.3 Кристаллы на основе боратов 11
1.4 Редкоземельные элементы - лантаноиды 13
2 Экспериментальная часть 16
2.1 Объект исследования 16
2.2 Экспериментальная установка 17
3 Результаты и их обсуждение 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 29
Нелинейная оптика (НЛО) - это раздел оптики, занимающийся изучением явлений, которые происходят вследствие изменения оптических свойств в результате взаимодействия света с веществом. НЛО описывает поведение света в нелинейных средах, то есть средах, в которых вектор поляризации нелинейно реагирует на электрическое поле света. Помимо полезных теоретических знаний, НЛО представляет важную практическую составляющую, которая позволяет решать многие технологические задачи. Изучение нелинейных оптических процессов необходимо для развития лазерных технологий, спектроскопии, оптоэлектроники и фотоники [1]. Началом развития области нелинейной оптики часто считается открытие генерации второй гармоники в 1961, вскоре после демонстрации первого работающего лазера в 1960 году, который необходим для изучения нелинейных процессов, поскольку лазерный луч является достаточно интенсивным для изменения оптических свойств, изучающихся НЛО. Известные законы геометрической оптики, такие как линейное распространение света, отражение, преломление, дифракция, поглощение, и некоторые макроскопические законы волновой и квантовой оптики, оказались применимы только к низкоинтенсивному свету [1,2].
Известно множество нелинейных кристаллов (НК) с нелинейной восприимчивостью второго порядка для анизотропных сред, оптические свойства которых зависят от направления излучения в среде. Множество требований, предъявляемых к НК с точки зрения получения необходимых свойств, значительно сокращают количество материалов, пригодных для практического применения. Большой интерес вызывают многофункциональные НК с самоудвоением частоты, которые могут одновременно выступать в качестве источников когерентного излучения, лазерно-активных сред и нелинейно-оптических преобразователей частоты [3]. Такими кристаллами являются BBO и KDP. Интерес к НК BBO обусловлен тем, что он имеет широкий диапазон прозрачности от 185 до 3500 нм, чрезвычайно высокий порог повреждения лазером, диапазон согласования фаз, охватывающий весь диапазон пропускания, большую эффективную нелинейность, примерно в 5 раз превышающую KDP, механическую стабильность [4]. Кристалл KDP обладает низкой поглощающей способностью в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного излучения, низким значением двулучепреломления в зависимости от температуры и умеренным коэффициентом нелинейной эффективности, который широко используется в преобразователях частоты, электрооптических модуляторах добротности, пьезоэлектрических преобразователях и т.д. [5,6].
Таким образом, актуальность данного исследования определяется необходимостью расширения номенклатуры многофункциональных оптических материалов для решения задач нелинейной оптики.
Объект исследования в данной работе - нелинейно-оптические кристаллы RxLayScz(BO3)4 (x+y+z=4; R = Eu, Dy, Ho, Er, Yb), а предмет исследования - их нелинейно-оптические свойства.
Цель настоящей работы: оценка эффективности генерация второй гармоники (ГВГ) в кристаллах RxLayScz(BO3)4 и определение влияния химического состава на эффективность генерации второй гармоники (ГВГ).
Для достижения указанной цели были сформулированы следующие задачи:
- экспериментальное исследование генерации второй гармоники наносекундного Nd:YAG лазера в порошках кристаллов RxLayScz(BO3)4 порошковым методом Куртца- Перри;
- расчет коэффициентов нелинейной восприимчивости (deff) относительно
стандартного кристалла KDP;
- сравнительный анализ полученных результатов и поиск закономерностей между составом НК и их нелинейными свойствами.
Логика работы, достижения цели и решения поставленных задач обусловливают структуру работы, которая имеет следующий вид: введение, три главы: литературный обзор (обзор литературы по заданной теме), экспериментальная часть (объекты исследования, экспериментальная установка), результаты и их обсуждение (анализ полученных результатов); заключение и список литературы.
В ходе работы была исследована генерация второй гармоники в новых трехкатионных боратных кристаллах с общей формулой RxLayScz(BO3)4 (x+y+z=4; R=Eu, Dy, Ho, Er, Yb) и пространственной группой R32 порошковым методом Куртца-Перри. Было выявлено, что во всех исследуемых кристаллах выполняется условие фазового синхронизма. Также был определен коэффициент эффективной нелинейной восприимчивости (deff) относительно кристалла KDP. В результате была получена зависимость эффективности генерации второй гармоники от состава - с увеличением плотности исследуемого кристалла увеличивается коэффициент эффективной нелинейной восприимчивости (deff). Высокий коэффициент преобразования в кристалле, содержащем Yb, и наличие флюоресценции ионов Yb3+ в ближней инфракрасной области спектра за счет перехода 2E5 2^2F?2 делает его перспективным для применения его в качестве кристалла с самоудвоением частоты.
