Показать метаданные Скрыть метаданные

(19)

(11)

517 967

(13)

(51)

МПК

H01S3/10(2000-01-01)

(21) (22)

Заявка

1992119, 1974-01-28

(22)

дата подачи заявки

1974-01-28

(45)

опубликовано

1992-08-15

(72)

авторы

Белый В.Н.Бокуть Б.В.Казак Н.С.Хаткевич А.Г.

Преобразователь частоты излучения Советский патент 1992 года по МПК H01S3/10

Описание патента на изобретение SU517967A1

(If-tlr-t ft-f

1/2

Иллюстрации к изобретению SU 517 967 A1

Реферат патента 1992 года Преобразователь частоты излучения

Ь ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ, выполненный из нелинейного кристалла в виде четырехграннойпрямой призмы с основаниями, параллельными главной плоскости кристалла >&, содержащей две главные диэлект-' рические оси Х^иХ:, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности преобразования, входная грань кристалла расположена относительно оси Х^, от которой отсчитывается угол фазового согласования 0; , так, чтобы угол V^^ между этой осью и нормалью к входной грани был равен?

Формула изобретения SU 517 967 A1

где . ,6 J к главные значения

тензора диэлектрической проницаемости вдольнй осей Х , X; и XK2, Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что его боковые грани выполнены параллельно главной диэлектрической оси Xl кристалла, если угол фазового согласования меньше величины --- - $ , где у- угол полного внутреннего отражения для той из основных или преобразованных::волн, которой соответствует наименьший показатель преломления при распространении их вдоль направления Фазового согласования.

3.Преобразователь по п,1, отличающийся тем, что его боковые грани выполнены перпендикуляр;но главной диэлектрической оси Х кристалла, если угол фазового согласования больше величины угла полного внутреннего отражения эг для той из основных или преобразованных волн, которой соответствует наименьший показатель преломления при распространении их пдоль направления фазового согласования.

4.Преобразователь по п. 1, о т ли чающийся тем, что его боковые грани выполнены параллельно направлению Фазового согласования. Изобретение относится к области нелинейной оптики и может быть использовано в промышленной квантовой элсктройике при преобразовании частоты излучения ОКГ, например, при умножении частот, генерации суммарных и разностных частот и т.д. Известен преобразователь частот -. излучения из пьезоэлектрического кристалла5 выполненный, форме четырехгранной призмы, основания которой совпадают с главной ипоскостью кристалла и имеют форму параллелограмма,, а боковые грани являются гранями полного внутреннего отра кения5 причем преобразуемое излучение падает нормально на входную грань призмы В оптически одноосном кристалле главная плоскость содержит оптическую ось, а в оптически двуосном - две главные диэлектрические оси. Указалшый преобразователь служит для иресбразования частоты неполяризованного излучення по способу , если он изготовлен из оптически отрицательного крис1алла,юти по способу ео™., о, если он изготовлен из оптически положительного кристалла. .Известно, что в спучае преобразования частоты нз.пзчвний которые в преобразователе распространяются как обыкновенные и необыкновенные волны (HanpPiMep, тши ео в а аимо дей с тв ия) им е. е т м е ст о нежелательный апертурный эффект вследствие несовпадения направления распространения энергии этих волн, В известном устройстве указанный недос .таток частично устраняется тем, что, поскольку направления векторов фазовой нормали Пд и „туча SQ отрахгенной необыкновенной волны в отличие от обыкновенной зависят ст углов падени на боковую -Грань, показателей преломления кристалла и ориентации этой грани относительно главных диэлектри ческих осей, то оказьшается возможны не только совместить направления век торов отраженных лучей Sg и So для необыкновенной и обыкновенной волн. но и выполнить условие векторного фа зового согласования для преобразования частоты излучения. Это достигает ся выбором величины острого угла оС между одной из главных диэлектрических осей кристалла и боковой гранью преобразователя и угла j3 при одной из вершин па.раллело грамма. Углы оС rt j3 в свою очередь определяются значением угла 9 ме7эду одной из диэлектрических осей кристалла и коллинеартнями лучами So и Sg. Однако вследствие того, что коллиттеарность лучей So и Sg обыкновенньк и необыкновенных волн на основной частоте достигается на боковой грани, т,е, после прохождения некоторого участка пути между входной гранью и боковой, где эти лучи не колликеарны, а следовательно 3 пучки обык1-ювенны:к I необыкновенных вол;: расходятся и не совпадают уже полносгыо в пространстве в такой степени, которая определяется величиной угла двулучепрйломления кристалла и длиной этого пути, тр происходит лишь частичное )анение нежелательного апертурного эффекта, таге как совмеп::гие лучей So и Sg на боковой 1рани не дает возможности дальнейшему увели гению степени несовпадения пучков обыкновенттых и необьккноиекных волн. Поскольку коллинеарность лучей BO и S обыкновенных и .кнопеннгз1Х волн на основной частоте достигается внутри кристалла при отражении от боковой грани и /1ишь после этой грани волны распро ст шняются в направлении фазового согласования, то рабочим участком, иа котором происходит тфеобразование частоты излучення, является отрезок пути, проходимый излучением мелоду боковыми гранями. На других-отрезках пугн излучения в кристалле преобразование частоты излучения не происхо/диг, Кроме этого, на выходе из кристалла пучок непреобразованного излучения изменяет свою структуру и поперечные размеры в ШТОСРСОСТК, в которой происходит снос энергии в сторону для необыкновенной волны в кристалла Этс зачастута приводит к затруднениям при дальнейшем использовании не-преобразованного излучения (например, при каскадном преобразовании). I Целью изобретения я-вляется разработка такого оптического преобразователя частоты, у которого при одновременном полном устранении нежелательных апертурных эффектов преобразование частоты излучения происходило бы на всем пути, который проходит преобpaiyeMoe излучение внутри преобразователя. Тем самым при одинаковых габаритг.х предлагаемого устройства и прототипа повышается КПД процесса преобразования. Эта цель достигается THKHJ-J выбором угла падения излучения на входную грань преобразователя и положения этой грани от.чосительно главр1ой диэлектрической оси кристалла, от которой отсчитывается угол фазового согласовакия (в схгучае одноосного кристалла оптической оси), что преобразуемое излучение распространяется на всем пути внутри преобразователя под углом Фазового согласования5 причем лучевые векторы преобразуемых волн остаются все время колл5- неарными. На фиг.1-3 дан предложенный преобразователь частоты излучения. Здесь: 1 и 2 - боковые грани преобразователя 3 .и 4 - соответственно входная и выходная грани преобразователя, 00, и 00 - главные диэлектрические оси кристалла, 00 - оптичес|с,ая ось в случае одноосного кристалла, J3 - угол падения преобразуемого излучения на входную грань, 0 - угол фазового согласования, - угол между оптической осью кристалла и нормалью к входной и выходной граням. iia фиг.1 показан ход лучей обыкновенных и необыкновенных волн на основной частоте, когда боковые грани 1 и 2 преобразователя параллельны направлению фазового согласования, а на фиг.2 и 3 - когда эти грани являются гранями полного внутреннего отражения и либо перпендикулярны, либо параллельны главной диэлектрической

§11 tfi lL rjlli L :- l 2s J ™ ftl

V arctg - БТ, (; - j ) , jVz if

где , 5; , 6 - главные значения тензора диэлектрической проницаемости кристалла вдоль осей , Xj и Х, При этом преобразуемое излучение должно падать на входную грань 3 преобразователя под углом j3 , который должен удовлетворять условию равенст,ва тангенциальных составляющих векторов рефракции падаюп1;ей и одной из преломленных волн в кристалле при распространении этой волны в кристалле в направлении, определяемом условием векторного фазового corjtacoBaния с параллельными лучевыми векторами. Положение боковых граней 1 и 2 отпараллельности их лучевых векторов So и Sg,

Это требование определяет угол Ч между главной оптической осью кристалла Х и нормалью к входной и выходной граням преобразователя:

носительно входной 3 и выходной 4 граней определится в этом случае, исходя из конкретных условий,, например размерами кристалла, его внешней формой, расположением его диэлектрических осей относительно естественных граней и т.д. У преобразователя а фиг.1 боковые грани 1 и 2 выполньлы параллельно направленз-шз фазового согласования. У преобразователей на фиг.2 и 3 грани 1 и 2 выполнены в виде граней полного внутреннего отражения и должны быть либо параллельны главной диэлектрической оси кристалла, от которой отсчитывается угол фа76оси кристалла 00 (в случае одноосного кристалла - оптической оси 00 ), от которой отсчитывается угол фазового согласования & (на чертежах эти грани перпендикулярны оси 00,., /00). Преобразователь частоты излучения выполнен в виде четырехгранно прямой призмы, противолежащие грани которой параллельны друг другу, при5ем грани 1 и 2 являются боковыми, 3 и 4 взсодной и выходной гранями, а основания призмы параллельны глазной плоскости кристалла, содерясаи ей в себе в случае оптически одноосного кристалла оптическую ось 00 , ав случае оптически двуосного кристалла - две главные диэлектрические оси OOf и OOg, Входная 3 и выходная А грани располагаются образом, чтобы угол между нормалью к этим граням и оптической осью кристалла (или главной диэлектрической осью, от которой отсчитывается угол фазового согласования, для двуосного кристалла) удовлетворял условию равенства тангенциальных составляющих векторов рефракции обыкновенных и необыкновенных воли в кристалле при Распространении их вдоль направления векторного фазового согласования и

зового согласования € (в случае одноосного кристалла - оптической оси), если угол & при преобразовании излучения с коллинеарными внvтpи и еобразователя лучами So и Sp меньше вели- , чины (5/72 -эе), где эе - угол полного внутреннего отражения для той из преобразованной или основных волн, которой соответствует наименьший показатель преломления при распространении их вдоль направления фазового согласования, либо перпендикудярны этой оси кристалла, если угол фазового согласования в больше величины зе. При этом преобразователь на фиг.2 соответствует четному числу отражений от граней полного внутреннего отражения 1 и 2, а на фиг.З - нечетному. Например, в случае преобразова ,ния частоты излучения неодимового ОКГ во вторую гармонику на кристалле КДР по способу ое е угол фазового согласования равен 0 59 32 ..Угол между оптической осью и нормалями к входной 3 .и выходной 4 граням составляет 70°37 . Угол, падения fl излучения неодимового ОКГ на входную грань 3 должен быть равным 1640 . Зная эти величины и исходя из требований практики, выбирается один из трех видов предлагаемого преобразователя, показанный на фиг,1, 2 и 3 Работа преобразователя осуществляется следующим образом. Преобразуемое излучение падает по углом р на грань 3,и после преломления внутри кр1гсталла распространяютс обыкновенные и необыкновенные волны с параллельными лучевыми векторами So и &е, которые образуют угол фазового согласования в с главной диэлектрической осью кристалла 00 (в случае одноосного кристалла - оптической осью 00 ). При этом в кристал ; ле будет осуществляться процесс нелинейного частотного преобразования. Если преобразователь изготовлен, как указано на фиг.1, то основное и преобразованное излучения падают на выходную грань 4 и выходят из преобразователя. Если же преобразователь устроен, как показано на фиг.2 или 3, то, поскольку главная диэлектрическая ось, от которой отсчитывается угол фазового согласования (в слу /в чае одноосного - кристалла - оптичес кая ось) , лежит в плоскости пал.еиия.

и либо перпендикулярна, либо параллельна граням 1 и 2, после полного внутреннего отражения на грани 1 лучевые векторы обыкновенных и необыкновенных волн на основной частоте останутся параллельными друг с другом, а эти волны будут распространяться по-прежнему в направлении векторного фазового согласования. Аналогичное произойдет на грани 2. Число полных внутренних отражений на гранях 1 и 2 может быть любым и определяется размерами кристалла. Из всего сказанного следует, что на всем пути распространения излучения в преобразователе будет происходить процесс преобразования частоты, причем нежелательный апертурный эффект будет устранен. Излучение на основой частоте выходит из преобразователя под углом к нормали к выходной грани 4, рч-вным углу падения р на входную грань 3, Выходная грань 4 может служить и входной гранью, а грань 3 будет в этом случае выходной гранью. Следует отметить, что, поскольку в преобразователе частоты направления распространения энергии обыкновенных и необыкновенных волн совпадают, то на выходе структураи поперечные размеры пучка излучения будут идентичными с размерами пучка на входе в преобразователь. Это позволяет использовать далее непреобразованное излучение, например, для каскадного преобразования . Вследствие несовпадения направления распространения энергии волны преобразованного излучения с направлением распространения энергии обыкновенных и необыкновенных волн основного излучения внутри преобразователя при соответствующих его размерах и поперечных размерах пучка основного излучения может достигаться пространственное разделение преобразованного и основного излучений. Это дает возможность в некоторых случаях помещать предлагаемый преобразователь частоты внутрь резонатора ОКГ с глухими зеркалами, и выводить преобразованное излучение из резонатора без использования обычно употребляемых дисперсионных, селективно отражающих и других элементов, что значительно уменьшает потери преобразованного излучения .

9 US. /

SU 517 967 A1

Авторы

Белый В.Н.

Бокуть Б.В.

Казак Н.С.

Хаткевич А.Г.

Даты

1992-08-15—Публикация

1974-01-28—Подача