Дисперсия показателей преломления нелинейных кристаллов твердых растворов и параметры, влияющие на эффективность преобразования частоты лазерного излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ
|
Ланский, Григорий Владимирович
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Томск
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2007
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.05
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Ланский Григорий Владимирович
ДИСПЕРСИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ КРИСТАЛЛОВ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ И ПАРАМЕТРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Специальность 01 04 05 — оптика
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических паук
Томск-2007
003071199
Работа выполнена в Институте мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук
Научный руководитель доктор физико-математических наук
Андреев Юрий Михайлович
Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,
профессор Шандаров Станислав Михайлович
кандидат физико-математических наук Макогон Михаил Мордухович
Ведущая организация Новосибирский государственный технический
университет (г Новосибирск)
Защита состоится 25 мая 2007 г в 16 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 003 029 01 в Институте оптики атмосферы СО РАН по адресу 634055, г Томск, пр Академический, 1
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института оптики атмосферы СО РАН
Автореферат разослан 24 апреля 2007 года
Ученый секретарь
диссертационного совета
Веретенников В В
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Одним из самых перспективных путей решения проблемы создания источников когерентного излучения, работающих в пределах различных участков спектра, является применение методов нелинейной кристаллооптики Выбор нелинейных кристаллов твердых растворов (НКТР) AgGaGeiS2rl+x¡, ЬПг^З^Бе^г, ЬЮа^^е^ и Н§1_^Сс1хОа284 в качестве объектов исследования обусловлен традиционным интересом к нелинейным кристаллам (НК), пригодным для эффективного преобразования частоты существующих лазеров с высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками как в средний ИК-диапазон, так и в его пределах Именно в среднем ИК-Диапазоне успешно функционирует большое количество прикладных оптических систем гражданского и специального назначения, возможно создание новых перспективных систем К их числу можно отнести лидары различного назначения для мониторинга природных и техногенных сред Общей привлекательной характеристикой исследуемых НКТР является широкий диапазон прозрачности от 0,3-0,6 мкм до 12-15 мкм, позволяющий использовать в качестве источников накачки широко распространенные нано- и пикосекундные (/. = 1,064 мкм), фемтосекундные Т1 заррЫге-
(А. = 0,7-1,1 мкм), Сг йн^егйе- (/_ = 1,25-1,32 мкм) лазеры и перекрывать спектром преобразованных частот все основные окна прозрачности атмосферы
Важной характеристикой рассматриваемых НКТР является положение коротковолновой границы спектра прозрачности в области длин волн 0,35-0,6 мкм, минимизирующее нелинейное двухфотонное поглощение, а значит, и его влияние на эффективность преобразования частот Кроме того, НКТР Щ!_гС<11Оа254 претендуют на лидирующее положение в эффективности различных типов преобразования частоты в пределах среднего ИК-диапазона Новые технологические успехи в выращивании хорошо известных одноосных НК AgGaS2, т е НКТР А§ОаОех52(1+х) при х = 0, позволяют пересмотреть их роль в прикладной нелинейной оптике Двухосные НКТР А^аОеБд (AgGaGexS1(l^) при х = 1) не только расширяют возможности НК AgGaS2 в преобразовании частоты наносекундных импульсов, но и наряду с двухосными НКТР 1л1п(8^ хБех)2 и ГлОа^-хБе^ имеют оригинальные возможности в преобразовании частоты свехкоротких (фемтосекундных) импульсов излучения с сохранением или даже с компрессией длительности имттульсов накачки
Таким образом, исследуемые НКТР являются или, по крайней мере, могут быть конкурентоспособными по целому ряду применений в качестве параметрических преобразователей частоты (ППЧ) по отношению к широко используемым НК К числу последних можно отнести высокоэффективные оксидные и полупроводниковые НК СсЮеАвг, 2пОеР2, А§Са5с2 и Т13Аз5е3 Длинноволновая граница спектра прозрачности первых ограничена длинами
волн 4-5 мкм, а вторые - непрозрачны или имеют высокие линейные и нелинейные оптические потери на длинах волн Nd YAG, Ti sapphire, Сг forstente и других мощных твердотельных лазеров ближнего ИК-диапазона
Для адекватного описания процессов параметрического преобразования частоты в НКТР необходимо знать оптические свойства, состав и его вариации, уметь определять длины рабочих элементов и условия работы ППЧ на их основе, при которых достигается максимальная эффективность преобразования частоты Однако, несмотря на пристальное внимание к модельным и экспериментальным исследованиям оптических свойств НКТР, а также параметров и характеристик преобразователей частоты на их основе, в научной литературе имеется много расхождений в результатах таких исследований Исследования, связашше с различными аспектами наличия вариаций состава исследуемых НКТР, в научной литературе освещены слабо Совокупность отмеченных обстоятельств определяет актуальность темы и обусловливает необходимость проведения дальнейших исследований в отмеченных направлениях
Цель и задачи исследования
Цель работы заключается в изучении оптических свойств НКТР, в определении параметров рабочих элементов и условий работы параметрических преобразователей частоты, при которых достигается максимальная эффективность преобразования частоты
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи
1 Исследование оптических свойств НКТР AgGaGe^tu*) с х = 0 и 1, LilnCSi^SeJs, LiGa(S,_xSeJ2 и HgI_,CdtGa:S1 с* = 0-1
2 Модельные исследования трехчастотных процессов параметрического преобразования частоты, а именно, условий фазового синхронизма и потенциальных эффективностей преобразователей частоты на основе исследуемых НКТР
3 Определение длины рабочих элементов, при которых достигается максимальная эффективность преобразования частот с учетом наличия линейных по длине вариаций состава
4 Экспериментальное исследование преобразователей частоты генераторов гармоник СОг и Ег3+ Сг34" YSGG-лазеров и параметрического генератора света (ПГС) с накачкой излучением Nd YAG-лазера
Методы исследования
Поставленные цели достигались путем использования комплексного подхода - теоретических и экспериментальных методов исследования При теоретическом исследовании трехчастотных процессов ППЧ основным методом являлось численное моделирование Наряду с этим для большей физической наглядности в некоторых оправданных случаях использовались аналитические решения и оценочные расчеты Экспериментальные методы исследования
включали в себя измерение спектральных характеристик НК и преобразованного по частоте излучения, а также энергетических, пространственно-временных и пространственно-угловых характеристик последних методами фотоэлектрической, пирометрической и фотографической регистрации
На основе теории трехчастотных процессов ППЧ определены, в частности, допустимые отклонения состава НКТР, приводящие к падению эффективности преобразования частот до приемлемого уровня
Путем аналитического решения определены длины рабочих элементов, при которых достигается первый максимум в эффективности генерации второй гармоники (ГВГ) при наличии линейных по длине вариаций состава
На основе оценочных расчетов определены спектральные зависимости угловой ширины синхронизма в одноосных НК, условия синхронизма и коэффициент качества во всем объеме двухосных НКТР
На базе экспериментального исследования условий синхронизма определены, в частности, дисперсионные свойства нелинейных кристаллов тиогалата ртути как функции положения коротковолновой границы спектра прозрачности
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Определенная связь между отклонением состава НКТР от ожидаемого значения и эффективностью преобразования частоты позволяет рассчитать допустимые отклонения состава, при которых обеспечивается сохранение эффективности преобразования частоты на допустимом уровне
Определенная связь между наличием линейной по длине вариации состава НКТР и эффективностью процесса ГВГ позволяет рассчитать длину, при которой достигается первый максимум в эффективности ГВГ
Отклонения в стехиометрии одноосных кристаллов Н§Оа284, связанные с увеличением доли приводят к сдвигу коротковолновой границы спектра прозрачности и изменению дисперсионных свойств
Аппроксимации дисперсии показателей преломления в виде уравнений Сельмейера с определенными числовыми коэффициентами позволяют рассчитать углы фазового синхронизма для ГВГ в двухосном кристалле 1л1п8е2 в диапазоне длин волн 9 мкм полосы излучения С02-лазера с погрешностью, не превышающей +12'
Личный вклад соискателя
Диссертация является обобщением работ автора по исследованию оптических свойств НКТР Ь1Гп(51_х5ех)2, ЬЮа^^е*^, Нд^СёдОа^ и СаСе^^), а также процессов параметрического преобразования частоты в них и различных аспектов использования полученных результатов в действующих макетах преобразователей частоты за период с 2002 по 2007 г В исследованиях, представленных в диссертации, соискателю принадлежит постановка научных
задач, разработка алгоритмов, составление пакета прикладных программ и проведение модельных исследований Комплексный характер, широкий круг и аппаратурная сложность рассматриваемых и решаемых вопросов предопределила необходимость коллективной работы Так, ряд экспериментальных исследований проводился на уникальных лабораторных стендах в различных физических научно- образовательных центрах России и Китайской Народной Республики с участием разработчиков лазеров при непосредствешгом методическом руководстве соискателя Анализ и интерпретация полученных данных, а также выводы сделаны автором по итогам обсуждений результатов с научным руководителем
Научная новизна
1 Предложен алгоритм оценки допустимых отклонений состава НКТР о г ожидаемого состава, на его основе впервые сформулированы требования к точности контроля состава для использованиия в ППЧ Рассчитаны спектральные области, оконтуренные изолиниями допустимых отклонений состава, в пределах которых падение эффективности преобразования частоты не превышает приемлемых фиксированных значений На примере НКТР 1л1п(3!_ ^Бе^г и ЬгОа(81_18ех)2 длиной 1 см показано, что падение эффективности трехчастотных процессов преобразования частоты, не превышающую 50%, имеет место при отклонении состава на величину, не более десятой доли процента
2 Предложено соотношение, определяющее длину НКТР, при которой достигается первый максимум в эффективности ГВГ при наличии линейных по длине вариаций состава Определены условия его использования
3 Установлено, что вариации в пределах 10%-го содержания исходной химической компоненты ЩБ в составе НК ^Оа284, характеризующихся коэффициентом оптических потерь в спектральной области максимальной прозрачности не выше 0,1 см-1, приводят к вариации углов фазового синхронизма для ГВГ С02-лазеров на величину до 1,5° Увеличение угла фазового синхронизма для ГВГ линии излучения С02-лазера на длине волны накачки X - 9,55 мкм в НК Н§Оа234 с ростом температуры в диапазоне 20 -300 °С не превышает 1271 °С
4 Определены поверхности фазового синхронизма и коэффициента качества для ГВГ в двухосных НКТР ГлЬ^^е^ и ГдСа^^е^ при х = 0-1 Результаты анализа впервые представлены в виде совмещенных трехмерных диаграмм Установлено, что значения коэффициента качества для м-/ синхронизма максимальны при углах вне главных плоскостей кристалла, тогда как для /э-/ синхронизма оно достигает максимума в плоскости ХУ кристаллооптической системы координат
5 Впервые получены аппроксимации дисперсионных зависимостей показателей преломления новых НКТР Lilr^So^Seo.s^ в виде уравнений Сельмейера с погрешностью, равной погрешности эксперимента
Научная ценность полученных результатов заключается в том, что они помогают продвинуться в понимании возможностей НКТР как параметрических преобразователей частоты лазерного излучения
Практическая значимость проведенных исследований заключается в следующем
1 Расчетным и экспериментальным путем определены адекватные аппроксимации дисперсии показателей преломления LiInS2, LilnSe^, AgGaS2, HgGa2S4 и AgGaGeS4 в виде уравнений Сельмейера из числа известных, которые могут быть рекомендованы для проведения расчетов и создания ППЧ с улучшенными характеристиками
2 Определенные длины НКТР, имеющих линейные по длине вариации состава, при которых реализуется первый максимум в эффективности ГВГ, могут бьгть использованы в качестве исходных данных для подготовки технических заданий на изготовление рабочих элементов из них
3 Выходные характеристики разработанного ПГС на основе НК AgGaS2, выращенного и просветленного с использованием современных технологий, дают возможность его применения в лидарах-газоанализаторах дифференциального поглощения
4 Определенные значения вариаций углов фазового синхронизма для ГВГ в AgGaS2 и HgGa2S,) как функций темпера гуры кристалла позволяют использовать их в разработке генераторов второй гармоники
5 Предложен способ маркировки кристаллов, имеющих отклонения в стехиометрии, по положению края коротковолновой границы спектра прозрачности
Достоверность результатов, выводов и положений диссертационной работы обеспечивается
- воспроизводимостью результатов проведенных модельных и экспериментальных исследований физических свойств НКТР, а также параметров и характеристик преобразователей частоты на их основе в различных экспериментальных условиях
в ИМКЭС СО РАН, ОСП «СФТИ ТГУ», Институте лазерной физики СО РАН и Институте физики полупроводников СО РАН, г Новосибирск, а также в Джилинском университете, г Чангчунь, Харбинском технологическом университете и Университете науки и технологий, г Харбин, КНР,
- использованием современных технологий программирования (Microsoft Visual С++, Mathematica 5 0) и методов объектно-ориентированного программирования,
- тестированием с помощью замкнутого численного эксперимента,
- корректностью и взаимопроверяемостыо используемых методик, их непротиворечивостью современным представлениям о трехчастотных процессах параметрического преобразования частоты лазерного излучения в нелинеино-квадратичной среде,
- качественным и количественным согласием результатов этой работы и данными Т Като (1998 г) и В В Бадикова (2004 г), полученными независимо,
- результатам!, полученными в процессе диссертационной работы, в Джилинском университете, г Чангчунь, и Харбинском технологическом университете, г Харбин, КНР, в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве созданы действующие макеты ГВГ и ПГС, а также лидара-газоанализатора дифференциального поглощения на основе перестраиваемого С02-лазера с ГВГ
Внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы использованы
1) при выпочнении институтских, региональных, государственных и международных научных и научно-технических программ и проектов, ряда госбюджетных тем и в соответствующих отчетах ИМКЭС СО РАН Среди указанных проектов следует особо отметить проекты СО РАН 28 2 3 «Разработка новых методов, технологий и приборов на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для контроля природных и техногенных систем, а также для решения специальных задач» и 7 13 12 «Развитие методов и технических средств на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для изучения природных и техногенных систем», Региональный научный грант РФФИ «Научные основы создания лазерного диагностического комплекса» № 05-02-98005-р_обь,
2) при выполнении институтских программ в ОСП «СФТИ ТГУ»
Внедрение и использование результатов диссертационной работы
подтверждается двумя актами, представленными в приложении
Связь работы с научными программами и темами. Работа выполнена в рамках приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу Экология и рациональное природопользование» (Приказ Президента Пр-577 от 30 марта 2002 г) и перечня критических технологий «Перечень критических технологий Российской Федерации Мониторинг окружающей среды» (Приказ Президента Пр-578 от 30 марта 2002 г), а также в рамках ориентированных на иих фундаментальных исследований РАН
Тема диссертации соответствует приоритетному направлению СО РАН «28 Экология и рациональное природопользование Мониторинг окружающей среды» на 2004-2006 гг , программа 28 2 «Научное, методическое, приборное и аналитическое обеспечение мониторинга окружающей среды для экологических
и специальных задач», проект 28 2 3 «Разработка новых методов, технологий и приборов на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для контроля природных и техногенных систем, а также для решения специальных, задач» (per № 01200408133), а также приоритетному направлению СО РАН на 2007-2009 гг 7 13 «Разработка методов, технологий, технических и аналитических средств исследования поверхности и недр Земли, гидросферы и атмосферы Геоипформатика», программа 7 13 1 «Фундаментальные основы приборостроения для наук о Земле и решения специальных задач», проект 7 13 1 2 «Развитие методов и технических средств на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для изучения природных и техногенных систем» (утверждено Постановлением Президиума СО РАН № 40 от 12 02 2007)
Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлялись, докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях VIII Международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах», Барнаул, 2005, на VII Российско-Китайском симпозиуме по лазерной физике и лазерным технологиям, Томск, ТГУ, 2004 г, на X и XI Международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана», Томск, 2003 и 2004 гг соответственно, на VI и VII Международных конференциях «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул», Томск, 2003 и 2005 гг соответственно, на IV школе-семинаре молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития», Томск, СФТИ, 2003 г, на ЕХ Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии», Томск, ТПУ, 2003 г , на IX Международной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, 2004, на Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (ICONO/LAT 2005), Санкт-Петербург, 2005 г , на VI Сибирском совещании по климато-эколопическому мониторингу, Томск, 2005 г , на III Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology, Beijing, 2005 г , на V Международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды», Томск, 2006 г, на XIII Международном объединенном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана Физккд атмосферы44, Томск, 2006 г , на IV Международном симпозиуме по оптическим материалам (ISLNOM-4) Прага, Чехия, 2006 г, на VI Азиатско-тихоокеанской конференции «Фундаментальные проблемы опто- и микроэлектроники» (АРСОМ'2006)», Харбин, КНР, 2006 г
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 49 работ, из них 14 статей в периодогческой рецензируемой печати, а также 29 тезисов докладов и 6 статей в сборниках трудов научных конференций
Структура, содержание и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и приложений, подтверждающих внедрение и практическое использование результатов
диссертационной работы Работа изложена на 132 страницах, включает 19 таблиц, 39 рисунков и список библиографических источников из 96 наименований
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснованы выбор объектов исследования, актуальность темы диссертации, показаны ее связь с крупными научными программами и практическая значимость Кратко проанализировано состояние научной проблемы, сформулированы цель и основные задачи исследований, указаны методы исследований, подчеркнута научная новизна, обоснована достоверность результатов, описаны использование и внедрение результатов исследований, личный вклад автора, сформулированы осповные положения, выносимые на защиту
В первой главе «Нелинейные оптические процессы основные понятия» кратко рассмотрен физический процесс параметрического преобразования частоты в нелинейных оптических кристаллах Вводятся основные понятия, такие как условия фазового синхронизма и дисперсионные уравнения Сельмейера, необходимые для понимания изложенных в главе 2 и главе 3 результатов исследований Для лучшего понимания результатов диссертационной работы обзор литературы представлен в главе II и III параллельно с описанием результатов исследований
Во второй главе «Модельные исследования трехчастотных процессов параметрического преобразования частоты» охарактеризованы объекты исследования, сформирована модель процессов параметрического преобразования частоты, на основе которой выполнены расчеты и представлены результаты расчетов Пристальное внимание уделено исследованию дисперсионных свойств НКТР, определяющих условия синхронизма и эффективность параметрических процессов преобразования частоты Сделан вывод о том что особый интерес как с фундаментальной, так и прикладной точки зрения приобретает проблема наличия отклонений состава НКТР от ожидаемого состава, а также его вариаций в объеме НКТР
Испльзуя условия фазового синхронизма для процессов трехчастотных взаимодействий плоских волн в нелинейно-квадратичной среде получено соотношение, определяющее допустимые отклонения состава х НКТР, при которых падение эффективности преобразования частот из-за обусловленных ими изменений условий фазового синхронизма не превышают допустимых значений Показано, что для определения допустимых отклонений состава Ах, вследствие которых падение эффективности преобразования частоты в кристалле длиной Ь не превысит 50%, пригодно выражение
Дх = 0,886-,
I
где
| оп^х) 1 а«з(х)
а =
, Х,8х дх
1 3
п} и «з - значения показателей преломления на длинах волн длинноволновых и коротковолнового взаимодействующих излучений, причем должно выполняться соотношение Дх «х Отклонение истинного значения состава от ожидаемого может быть обусловлено погрешностью его определения или несоответствием по технологическим причинам состава выращенного кристалла химическому составу закладки исходных материалов
На рис 1 приведен пример результатов расчета углов фазового синхронизма для ГВГ в кристалле Глва^^е^ (рис 1 а) и допустимых отклонений Дх состава (рис 1 б), при которых эффективность ГВГ падает на 50% Аналогично на рис 1 в показаны допустимые отклонений Дх состава в ГлЬ^З^Зе^ для ПГС
На рис 2 а приведен пример результатов расчета условий фазового синхронизма для трехчастотных взаимодействий ¿/-/-типов в НКТР
ГлСа^о^ео^л, а также спектральных областей (рис 2 б), оконтуренных изолиниями допустимых отклонений состава, в преде тах которых эффективность преобразований частоты падает не более, чем в два раза
Установлено, что падение эффективности преобразования частоты на величину, не превышающую 50% во всем диапазоне синхронизма для трехчастотных процессов ППЧ, имеет место при отклонении нормированного состава х для рассмотренных НК длиной 1 см от ожидаемого значения на величину Дх в пределах единиц тысячных долей Для обеспечения 5%-го падения эффективности преобразований частоты необходим контроль состава на уровне, не превышающем единиц тысячных долей относительной единицы, что находится за гранью технологических возможностей и возможностей современного химического микроанализа
Ограничиваясь рассмотрением плоской волны в приближении заданного поля и используя выражение для интенсивности волны второй гармоники получим расчетное соотношение, определяющее длину кристалла Ьм, при которой эффективность ГВГ достигает первого максимума при наличии линейных по длине вариаций состава Соотношение записывается в виде
N
где Дх = О при z = ¿/2, Дх = \AxJ, при z = О и z = L (z - текущее значение длины кристалла), причем должно выполняться соотношение х »[Лха| > \,A6\a\!LNL {Ьщ - нелинейная длина кристалла)
Рис 1 Диаграммы фазового синхронизма для ГВГ в плоскости Х2 НКТР ЬЮа (Б]. ^е,.)? длиной 1 см (а) и допустимые отклонения состава в большую Дх+ и меньшую Дх" сторону от ожидаемых значений х = 0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и 1,0, точки - экспериментальные данные, штриховые линии - границы диапазона синхроиизма (б), допустимые отклонения состава для ПГС в плоскости ХУ НКТР Ып^-^еЖ при накачке Но УЬР (2,1 мкм) лазером (в)
Проведен анализ условий фазового синхронизма в диапазоне углов 9, (р с: 0-90° и коэффициента качества для процессов ГВГ двухосных НКТР ГлЬ^Б^Бе^г и ЬлСа^^Бе^Ь при х = 0-1 с представлением результатов расчетов в графическом виде на совмещенных трехмерных диаграммах При этом использованы известные из литературы данные о дисперсионных свойствах ГдЬпЭт и 1л1п5е2, результаты численного моделирования и данные экспериментальных измерений (глава Ш) Примеры результатов таких расчетов приведены на рис 3 Установлено, что значение коэффициента качества для ¿з-/-взаимодействия в НК ИлЬйг, 1л1п5е2, Ь]Оа82 и 1лСаЗе2 максимально при углах вне главных плоскостей кристалла, тогда как для_/5-/типа оно достигает максимума в плоскости ХУ Результаты расчетов максимальных значений коэффициента качества для ГВГ и условия синхронизма, при которых они реализуются, приведены в табл 1
Таблица 1
Кристалл Тип взаимодействия X, мкм 9, град <p, град М,ф, (пм/В)2
LiInS2 s%-f fi-f 4 3,9 69,2 90 26,6 49,6 8Д 8,8
LiInSe2 ss-f fi-f 5,5 5,1 71,4 90 23,9 43,3 31,2 29,6
LiGaS2 ss-f fi-f 3,5 3,4 70,9 90 31.1 56.2 3,7 3,1
LiGaSe2 ss-f fi-f 4,5 4,3 73,9 90 24,9 43,6 10,3 6,7
LiIn(S0 5Se0 5)2 ss-f fi-f 4.5 4.6 69,9 90 25,6 48,1 17,8 18
.il \ Т. юе 50 ы> У
X.J, МКМ
1 iGjf\(S<.„,i
vi, 0 01
Ц im;
1 лЧ^4'*
- 1 \ \ ч/i
' (» t \>° 1 s . - ^ sff
ooi -15/
—геани'чЗ
05
1 5
20
35
Ху МКМ
Рис 2 Диаграммы фазового синхронизма для трехчастотных параметрических взаимодействий в НКТР LiGa(S1_IScJ)2, г = 0,5, длиной 1 см (а), спектральные области, оконтуренные изолиниями допустимых отклонений отношения смешения х= ОД, 0,01, 0,02, 0,03 и 0,005, в пределах которых эффективность преобразования падает в два раза, штриховые линии - границы диапазопов синхронизма (о)
Для исследования спектральной зависимости угловой ширины синхронизма использовано выражение, учитывающее первую и вторую производные в разложении волновой расстройки по угловому отклонению от направления синхронима, а также выражения, учитывающие только первую производную в условиях, отличных от условий некритичного синхронизма, и только вторую производную в условиях критичного синхронизма Установлено, что при расчетах угловой ширины синхронизма в кристаллах миллиметровых и
субмиллиметровых размеров необходимо использовать выражение, содержащее обе производные. Проведено экспериментальное определение угловой ширины синхронизма для ГВГ излучения СОз-дазера в НК Zn(:eí>2 длиной 1 мм и показано, что расхождение а оценке углоьой ширины достигает 10° по сравнению с выражением, учитывающим первую производную.
Рис. 3. Поверхности фазового синхронизма для ГВГ в НК 1л1п8г и 1лОа5: по «'-/-типу взаимодействий (а, 6), а также НК 1л1пЗег и НКТР ЬИп(5и1Зе1)г по /¡-/-типу взаимодействий (в, г) и дискретные области значений коэффициента качества нз них (масштаб шага значений указан на поверхностях фазового синхронизма.)
Окончательный вывод о месте рассмотренных НКТР со возможностям преобразования частоты можно сделать после комплексного анализа состояния
технологии их выращивания (определения оптического качества, предельных размеров), определения уровня нелинейных, двухфотоиных потерь для излучеггай накачки, термооптических характеристик, лучевой стойкости и других параметров, определяющих эффективность преобразования частот реальных преобразователей частоты в контексте решаемой задачи
В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования линейных и нелинейных оптических свойств НКТР А§СаОех82п+1) с л: = 0 и 1, ГлЬ^З^Бе,;)! с х: = 0, 0,5 и 1, Н£1_осСс1гОа234 и ОаБе]..^ с х = 1, условий синхронизма и эффективности ГВГ С02 и Ег3+ УБвО-лазеров в них, а также ПГС на основе А§Оа82 с накачкой излучением различных типов ШУАО-лазеров
Установлено, что известные аппроксимации дисперсионных свойств НК АдваБг дают близкие, в пределах погрешности изготовления рабочих элементов и погрешности экспериментальных измерений, результаты в оценке углов фазового синхронизма, за исключением окрестности точки вырождения для диаграмм фазового синхронизма ПГС
Вариации углов синхронизма Д9рШ для ГВГ в НК AgGaS2 как функции температуры кристалла Т оценены как линейно изменяющиеся в пределах Т= 20-300 °С и равные Д8рт/УГ= 16,6" "(Г1 на длине волны накачки А. = 9,55 мкм Определено, что лучевая стойкость НК А§Оа82 к цугу импульсов N(1 УАв-лазера из 8-13 одиночных импульсов 100-пс длительности (Р\\^НМ) с расстоянием между ними 6,2 не и длительностью огибающей 80 ± 20 не лишь в 5-6 раз выше, чем к гладким импульсам той же длительности, что не позволяет запустить генератор бегущей волны
На основе НК АдйаБг создан ПГС I типа с накачкой наносекундными импульсами излучения N(1 У АО-лазера с рекордно широким спектром излучения холостых волн 2,65-5,29 мкм и энергией выходных импульсов до 0,56 мДж на длине волны 4 мкм без признаков эффекта насыщения Впервые для ПГС на основе НК AgGaS2 получена генерация с селективным резонатором (диспергирующей призмой с острым углом 30°), при этом диапазон генерации сузился не более чем в два раза
Пример результата перестройки по частоте созданного ПГС приведен на рис 4
Определено, что химический состав исследуемого образца НКТР AgGaGeS4 близок к стехиометрическому составу и соответствует химической формуле
А§1±о,о19Са1±о|о210е1±о>о12$4+о,оо4
Показано, что известные аппроксимации дисперсионных свойств НКТР А§СаОе54 дают близкие, в пределах погрешности изготовления рабочих элементов и погрешности экспериментальных измерений, результаты в расчете углов фазового синхронизма во всем диапазоне синхронизма
Экспериментально определенные значения углов синхронизма для ГВГ излучения Er3+ Cr3+ YSGG и 9-мкм ветви излучения С02-лазера в НКТР AgGaGeS4 39,6, 56,963 и 57,515° для длин волн 2,79, 9,51 и 9,61 мкм соответственно, находятся посредине между диаграммами фазового синхронизма, рассчитанными по двум известным аппроксимациям дисперсионных свойств в виде уравнений Сельмейера Сравнительное измерение эффективности ГВГ подтвердило корректность ранее определенных значений коэффициентов нелинейной восприимчивости
С помощью электронно-эмиссионного спектрометрического микроскопа M/S Joel и растрового эчектронного микроскопа LEO-1430 (RONTEC) установлен химический состав исследуемого образца НЕС HgGa2S4 переменного состава, представленный химическими формулами Hg(i±0,i00)Ga<2±0,08S)S(4±0 067) и Hgo94-i,ioGai 86_! 94S4, соответственно
Установлено, что значения углов синхронизма для различных участков исследуемого кристалла HgGa2S4, определенные с погрешностью до 10' в прямых измерениях и косвенно, через измерение угловых ширин синхронизма, отличаются на величину не более чем на ~ 1,5° (рис 5)
5,2 4,8 4,4 1 4.0 5 3.6 ^ 3,2 2,8 2,4 2,0
42 44 46 48 50 52 54 56
В, град
Рис 4 Рассчитанные диаграммы синхронизма для ПГС I (оо-е)- типов в НК AgGaS2 с накачкой Nd Y AG-лазером (линии) Точки - экспериментальные данные отой работы
Обнаружено, что различие в результатах расчетов углов фазового синхронизма для ГВГ С02-лазеров с использованием известных аппроксимаций дисперсионных свойств НК HgGa2S4 в виде уравнений Сельмейера достигает 8-
9°, а известных экспериментально определенных значений - 10° Показано, что причиной различия до 8—9° в результатах расчетов является использование различных по составу НК ЩОа284, а именно по относительному содержанию исходных химических компонентов и Оа28з Основной причиной больших, до 10°, различий известных экспериментальных данных являются ошибки в ориентации И31 отовленных рабочих образцов нелинейных кристаллов Получена расчетная формула для определения дисперсионных свойств НК ЩОа254, учитывающая избыточное содержание исходной химической компоненты по положению коротковолновой границы Хк спектра прозрачности на уровне 10%-го пропускания
Обнаружено, что температурная дисперсия углов фазового синхронизма невысока и составляет с!в/с1Т = 12"/1 °С для диапазона длин волн накачки к = 9,48-9,53 мкм Экспериментально подтверждены ранее определенные значения коэффициентов нелинейной восприимчивости второго порядка для НК ^Оа284
С использованием известных из литературы данных, результатов численного моделирования и экспериментов по определению дисперии показателей преломления и углов фазового синхронизма для ГВГ получены ее адекватные аппроксимации для 1л1п32 и 1л1п8е2 в виде уравнений Сельмейера
ПС ГО
о.
I—
<£
76 74 72 70 68 66
1 ' 1 ' 1 ' • -----Бадиков и др '04 ----Като и др '98 а - // - п Бадиков и др '03 1 ' . 1 1 , ,
■ 1 -0,9 ^ 0 32 . У=0 " данная работа ■ 1,г,=512нм
а 4 лк=520 нм -
'' . 1 1 г 1 Д 7, X =523 нм - 1 К 1.1.
9,20 9,25 9,30 9,35 9,40 9,45 9,50 9,55 9,60 X, МКМ а
68 70 72
В, град
б
Рис 5 Диаграммы фазового синхронизма для ГВГ I типа в НК Н§Са284, точки -экспериментальные данные (а) и зависимость мощности второй гармоники от уповой отстройки от направления синхронизма (б), цифрами 1,4,7 на рисунках обозначены рабочие точки на поверхности кристалла
Установлено что погрешность аппроксимаций дисперсии показателей преломления LiInS2 в виде уравнений Сельмейера порядка AS2 = 10'5-10~6 влечет расхождение в результатах модельных оценок внутренних углов синхронизма, например, для процесса ГВГ оно может достигать 10-27° в зависимости от плоскости кристалла (XZ, XY, YZ)
Дисперсионные зависимости НКТР LiIn(S0ijSeo,5)2 аппроксимированы в виде
уравнений Сельмейера nj2 =•- At + представлены в табл 2
д
4-лг
4
А,-Л2
•, коэффициенты которых
Таблица 2
Коэффициенты Сельмейера А, для НКТР LilnCSo^Se,)^);
nJA, А, Аг А, А, А,
5,6264 495,7026 -451,1473 0,0747 -0,1741
nv 5,7621 499,6464 -445,3975 0,0746 -0,2021
"z 5,5363 380,0369 -243,2572 0,0832 -0,1888
На основе полученных данных по дисперсии показателей преломления кристаллов Ьйпфь.дгБе^г (х = 0, 0,5, 1) установлена линеиная связь между значениями главных показателей преломления и составом х
Заключение
В диссертационной работе выполнены комплексные теоретические и экспериментальные исследования оптических свойств НКТР AgGaGeд:S2f^+í) с х = 0 и 1, ГлЬ^З^Бе^г, ЬЮа^^е^ с* = 0—1 и ^Са234, а также параметров, влияющих на эффективность преобразования частоты лазерного излучения на их основе Основные результаты исследований заключаются в следующем
1 Экспериментально определены химический состав исследуемых образцов НКТР и его вариации На основе анализа установлены химические формулы, определяющие реальный химический состав исследованных образцов НК
2 На основе изучения условий фазового синхронизма разработан алгоритм для определения допустимых отклонений состава НКТР от ожидаемого значения Определен алгоритм для расчета длины рабочих элементов из НКТР, при которых достигается первый максимум в эффективности ГВГ при наличии вариаций состава в объеме НК Его использование продемонстрировано применительно к НКТР с наличием линейных по длине вариаций химического состава Показано, что падение эффективности трехчастотных процессов преобразования частоты на величину, не превышающую 50% во всем диапазоне синхронизма, имеет место при отклонении состава от ожидаемого значения на величину в пределах единиц тысячных долей
3 Проведен комплексный анализ дисперсионных свойств НКТР AgGaGcxS2(l+x), ГлМ^-дЗе^г, ЬЮа^^е^ и ^^Сс^Са^ с использованием расчетных и экспериментальных данных, полученных автором, а также известных ранее данных На основе этого анализа установлены выражения вида уравнений Сельмеиера, адекватно определяющие их дисперсионные свойства
4 На основе результатов численного моделирования на примере НК 1д1п82 установлено, что основной причиной большого, до 10°, расхождения результатов расчетов углов фазового синхронизма с использованием различных известных аппроксимаций дисперсии показателей преломления в виде уравнений Селъмейера являются различия в погрешности аппроксимаций
5 В результате проведенных экспериментальных исследований определены спектры прозрачности НКТР ^Оаг^, и установлена взаимосвязь между отклонением состава от стехиометрического, положением коротковолновой границы спектров прозрачности и дисперсией показателей преломления
6 Путем проведения численных расчетов исследованы особенности условий фазового синхронизма и определены значения коэффициента качества для процесса ГВГ в диапазоне углов 0, (р с: 0-90° двухосных НКТР Ь10а(81_
xSex)2 и LîGa(S;_xSeJ2 при x - 0-1 Результаты расчетов представлены в графическом виде на совмещенных трехмерных диаграммах
7 На основе кристалла AgGaS2 с накачкой NdYAG лазером создан наносекундный ПГС I типа (е-оо) с выходными и эксплуатационными характеристиками, позволяющими применить его в устройствах прикладной оптики
Работа выполнялась в рамках приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу Экология и рациональное природопользование» (Приказ Президента Пр-577 от 30 марта 2002 г ) и перечня критических технологий «Перечень критических технологий Российской Федерации Мониторинг окружающей среды» (Приказ Президента Пр-578 от 30 марта 2002 г.), а также ориентированных на них фундаментальных исследований РАН проект 28 2 3 «Разработка новых методов, технологий и приборов на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для контроля природных и техногенных систем, а также для решения специальных задач» (per №01200408133), проект 7 13 1 2 «Развитие методов и технических средств на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для изучения природных и техногенных систем» (утверждено Постановлением Президиума СО РАН № 40 от 12 02 2007) Работа поддержана региональным научным грантом РФФИ «Обь» «Научные основы создания лазерного диагностического комплекса» № 05-02-98005-р_обь Результаты проделанной работы в части моделирования эффективности преобразования частот в нелинейных кристаллах твердых растворов LtIn(Si^SeJ2 и LiGa(S)_ISeI)2 включены в отчет СО РАН «Сибирское отделение Российской академии наук в 2005 году Том I Основные научные результаты Часть 1 Приоритетные направления и программы фундаментальных исследований Программа 28 2 Научное, методическое, приборное и аналитическое обеспечение мониторинга окружающей среды для экологических и специальных задач» (Изд-во СО РАН, Новосибирск, 2005 С 204—205) Автор данной работы является также победителем конкурса молодых ученых СО РАН 2006 г с выделением гранта «Широкодиапазонное преобразование частоты лазерного излучения в пределах видимого - среднего ИК-диапазона спектра на основе нелинейных кристаллов» на 2007-2009 гг (Приложение к постановлению Президиума СО РАН от 21 12 2006 г № 465)
Основные результаты диссертации изложены в работах:
1 WangT-J, KangZ-H, Zhang H-Z, Feng Z-S, Jiang Yu, GaoJ-Yu, AndreevYuM, Lanshi G V, ShaidukoA V Model and expenmantal investigation of frequency conversion m AgGaGe^j^ (x = 0,1) crystals // J Phys D Appl Phys 2007 V 40 P 1357-1362
2 Ланский Г В Алгоритмы оценок угловой ширины фазового синхронизма // Оптика атмосферы и океана 2006 Т 19 №2-3 С 182-184
ЪХуангДжЖ, Андреев Ю М, ЛанскийГВ Алгоритм для оценки допустимых вариаций отношения смешения твердых растворов нелинейных кристаллов // Оптика атмосферы и океана 2006 Т 19 №2-3 С 185-189
4 Huang J-Jr AtuchmVV, AndreevYuM, Lanskii G V, PervukhmaNV Potentials of LiGaCS^SeJz mixed crystals for optical frequency conversion // J Cryst Growth 2006
V 292 P 500-504
5 AndreevYuM, AtuchinVV, Lanskii G V, Morozov A N, Pokrovsky L D , Sarhsov S Yu , Voevodma О V Growth, real structure and applications of GaSe^S* crystals // Materials Science and Engineering В 2006 V 128 № 1-3 P 205-210
6 Wang T-J, KangZ-H, ZhangH-Z, HeQ-Y, Qu Y, FengZ-S, Jiang Y, GaoJ-Y, An-dreev Yu M, Lanskii G V Wide-tunable, high-energy AgGaS2 optical parametric oscillator // Optics Express 2006 V 14 № 26 P 13001-13006
7 Das S, Chatterjee U, Ghosh C, Gangopadhyay S, Andreev YuM, Lanskii G, Badikov VV Tunable middle infrared radiation with HgGa2S4 crystal // Optics Communications 2006
V 259 P 868-872
8 Das S, Chatterjee U, Ghosh С, Gangopadhyay S, AndreevYuM, Lanskii G, Badikov V V Corrigendum to "Tunable middle infrared radiation with HgGa2S4 crystal" [Opt Commun 259(2) (2006) 868-872] // Optics Communications 2006 V 263 P 352
ЭХуангДжДж, Андреев ЮМ, Бадиков В В , Гейко П П, ПаюотинВЛ, РенДМ, ЧуЮЧ, ФентисоваАА, Фролов Ю Н, ХуХЕ, ЛанскийГВ, Шевырдяева Г С Генерация второй гармоники ТЕА-С02-лазеров в CdxHg(1 ^Ga^// Оптика атмосферы и океана 2005 Т 18 К» 7 С 608-612
10 Huang J-J, AndreevYuM, Lanskii G V, Shaiduko A V, Das S, Chatterjee U ХуангДжЖ, Андреев Ю M, Атучин В В , ЛанскийГВ, Шайдуко А В Дисперсионные свойства нелинейных кристаллов LiInS2, LiInS2 и Liln(Se0 5S0 5)2 Н Фундаментальные проблемы современного материаловедения 2005 Т 2 № 1 С 2123
11 HuangJ-J, Andreev Yu М, Lanskii G V, Shaiduko A V, Das S, Chatterjee U Acceptable composition-ratio variations of a mixed crystal for nonlmear device applications // Appl Optics 2005 V 44 № 35 P 7644-7650
12 Andreev Yu M, AtuchinVV, Lanskii GV, PervukhmaNV, Popov V V, Trocenco N С Linear optical properties of LiIn(Si_xSe^.)2 crystals and tuning of phase matching conditions //Solid State Sciences 2005 V 7 №10 P 1188-1193
13 Саркисов С Ю , Андреев Ю M, Атучин В В , Воеводина О В , ЛанскийГВ, Морозов А Н Физические свойства и применение легированных и нелегировашгых кристаллов GaSe // Фундаментальные проблемы современного материаловедения 2005 Т 2 Ка2 С 56-58
14 HuangJ-J, AndreevYuM, Atuchin VV, Lanskii G V, Shaiduko A V Acceptable mixing ratio variations of LilniSe^Sxb crystals for applied purposes // Фундаментальные проблемы современного материаловедения 2005 Т 2 № 2, С 117-120 (на английском языке)
15 HuangJ-J, Ren DM, HuXY, QuYC AndreevYu, Geiko P, Badikov V, Lanskii G Nonlinear optical properties of mixed Cdo 35Hg0 65Ga2S4 crystal // Acta Physica Simca 2004 -
V 53 №11 P 3761-3765
16 Ren D, Huang J-J, Qu Y, HuX, Zhang L, Andreev Yu, Geiko P, Badikov V, LartshiG, Tikhomirov A Optical properties and C02 laser SHG with HgGa2S4 I I Chinese Optics Letters 2003 V 1 № 10 P 613-615
17 Andreev YuM, AtuchinVV, GeikoPP, Popov VV, LanskiiGV, TrocenkoNC New mixed LiIn(S|_xSeJ2 crystals for frequency conversion of ER. lasers // Proc SPEE XI Int Symp on Atmospheric and Ocean Optics Atmospheric Physics 2004 V 5743 P 420-427
18 Tikhomirov A A , Andreev Yu M, Lanskii G V, Voevodina O V, Sarkisov S Yu Doped GaSe nonlinear crystals // Proc SPEE ICONO 2005 Novel Photonics Materials Physics and Optical Diagnostics of Nanostructures 2006 V 6258 P 64-72
19 Atuchin VV, Andreev YuM, Lanskii G V, Shaiduko A V Sellmeier equations for LiInS2 and LiInSe2 // Proc SPIE ICONO 2005 Nonlinear Optical Phenomena 2006 V 6259 P 325-332
20 GuangjuJi, Tao Shen, Jinjer Huang, Bo Zhao, Andreev Yu M, Atuchin V V, Lanskiy G V Influence of composition ratio on the nonlinear optical properties of AgGa1_iInxSe2 and Hg^ iCd;cGa2S4 // Proc SPEE 6595 (2007) 659514
Тираж 100 экз Отпечатано в КЦ «Позитив» 634050 г Томск, пр Ленина 34а
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА I. НЕЛИНЕЙНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.
1.1. Физические основы процесса генерации второй гармоники.
1.2. Физические основы процесса параметрической генерации света.
1.2.1. Математическая модель ПГС с импульсной накачкой.
1.2.2. Анализ возможности выполнения условий фазового синхронизма.
Выводы по главе 1.
ГЛАВА II. МОДЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЁХЧАСТОТНЫХ ПРОЦЕССОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТЫ.
2.1. Влияние величины волновой расстройки на эффективность преобразования частот.
2.2. Расчёт допустимых отклонений и вариаций состава нелинейных кристаллов твердых растворов.
2.3. Оценки условий синхронизма и коэффициента качества для процесса генерации второй гармоники в объеме двухосных нелинейных кристаллов.46 >
2.4. Оценки угловой ширины синхронизма для трехчастотных процессов преобразования частоты.
Выводы по главе 2.65 ;
ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
3.1. Линейные и нелинейные свойства кристаллов AgGaS2 и твердого раствора
AgGaGeS4.
3.1.1. Анализ условий фазового синхронизма.
3.1.2. Экспериментальное исследование условий фазового синхронизма.
3.2. Исследование линейных и нелинейных оптических свойств нелинейных кристаллов HgGa^.
3.3. Дисперсионные свойства нелинейных кристаллов твердых растворов LiIn(S1.xSex)2, л=0,1.
3.3.1. Линейные и нелинейные оптические свойства кристаллов LiInS2.
3.3.2. Линейные и нелинейные оптические свойства кристаллов LiInSe2.
3.4. Дисперсия показателей преломления нелинейных кристаллов твердых растворов
Ып(8е,.Д)2.
Выводы по главе 3.
Актуальность темы Одним из самых перспективных путей решения проблемы создания источников когерентного излучения, работающих в пределах различных участков спектра, является применение методов нелинейной кристаллооптики. Выбор нелинейных кристаллов твердых растворов (НКТР) AgGaGexS2(i+,), LiIn(Si^Sex)2, LiGa(Si-xSex)2 и Hgi^CdxGa2S4 в качестве объектов исследования обусловлен традиционным интересом к нелинейным кристаллам (НК), пригодным для эффективного параметрического преобразования частоты существующих лазеров с высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками, как в средний ИК-диапазон, так и в его пределах. Именно в среднем ИК-диапазоне успешно функционирует большое количество прикладных оптических систем гражданского и специального назначения, возможно создание новых перспективных систем. К их числу можно отнести лидары различного назначения для мониторинга природных и техногенных сред. Общей привлекательной характеристикой исследуемых НКТР является широкий диапазон прозрачности от 0,3-0,6 мкм до 12-15 мкм, позволяющий использовать в качестве источников накачки широко распространенные нано- и пикосекундные Nd:YAG- (Л= 1,064 мкм), фемтосекундные Ti:Sapphire- (Л = 0,7-И,1 мкм), Cr:Forsterite- (Л = 1,25-5-1,32 мкм) лазеры и перекрывать спектром преобразованных частот все основные окна прозрачности атмосферы.
Важной характеристикой рассматриваемых НКТР является положение коротковолновой границы спектра прозрачности в области длин волн 0,35-0,6 мкм, минимизирующее нелинейное двухфотонное поглощение для излучения накачки на длинах волн в области 1 мкм, а значит, и его влияние на эффективность параметрического преобразования частот. Кроме того, НКТР HgiJtCdxGa2S4 претендуют на лидирующее положение в эффективности различных типов параметрического преобразования частоты в пределах среднего ПК-диапазона. Новые технологические успехи в выращивании хорошо известных одноосных НК AgGaS2, т.е. НКТР AgGaGe*S2(i+;c) при х = 0, позволяют пересмотреть их роль в прикладной нелинейной оптике. В свою очередь двухосные НКТР AgGaGeS4 (AgGaGe^i+x) при х = 1) не только расширяют возможности НК AgGaS2 в параметрическом преобразовании частоты наносекундных импульсов, но и наряду с двухосными НКТР LiIn(SixSex)2 и LiGa(SixSex)2 имеют оригинальные возможности в параметрическом преобразовании частоты сверхкоротких (фемтосекундньгх) импульсов излучения с сохранением или даже с компрессией длительности импульсов накачки.
Таким образом, исследуемые НКТР являются или, по крайней мере, могут быть конкурентоспособными по целому ряду применений в качестве параметрических преобразователей частоты (ППЧ) по отношению к широко используемым НК. К числу последних можно отнести высокоэффективные оксидные и полупроводниковые НК CdGeAs2, ZnGeP2, AgGaSe2 и TljAsSe3. Длинноволновая граница спектра прозрачности первых ограничена длинами волн 4—5 мкм, а вторые — непрозрачны или имеют высокие линейные и нелинейные оптические потери на длинах волн Nd :YAG, Ti :Sapphire, Cr:Forsterite и других мощных твердотельных лазеров ближнего ИК-диапазона.
Для адекватного описания процессов ППЧ в НКТР необходимо знать оптические свойства, состав и его вариации, уметь определять длины рабочих элементов и условия работы ППЧ на их основе, при которых достигается максимальная эффективность преобразования частоты. Однако, несмотря на пристальное внимание к модельным и экспериментальным исследованиям оптических свойств НКТР, а также параметров и: характеристик ППЧ на их основе, в научной литературе имеется много расхождений в результатах таких исследований. Исследования, связанные с различными аспектами;, наличия вариаций состава исследуемых НКТР, в научной литературе освещены слабо. Совокупность отмеченных обстоятельств определяет актуальность темы и обусловливает необходимость проведения дальнейших исследований в отмеченных направлениях.
Цель и задачи исследования
Цель работы заключается в изучении оптических свойств НКТР, в определении параметров рабочих элементов и условий работы параметрических преобразователей частоты на их основе, при которых достигается максимальная эффективность преобразования частоты.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
1. Исследование оптических свойств НКТР AgGaGe^i+x) с х = 0 и LiIn(Si-.rSe.r)2, UGa(SuxSzx)2 и HgixCdxGa2S4cx = 0-И.
2. Модельные исследования трехчастотных процессов параметрического преобразования частоты, а именно, условий фазового синхронизма и потенциальных эффективностей преобразователей частоты на основе исследуемых НКТР.
3. Определение длины рабочих элементов, при которых достигается максимальная эффективность параметрического преобразования частот с учетом наличия линейных по длине вариаций состава.
4. Экспериментальное исследование параметрических преобразователей частоты: генераторов гармоник СОг и Er3+:Cr3+:YSGG-Aa3epoB и параметрического генератора света (ПГС) с накачкой излучением NchYAG-лазера.
Методы исследования
Поставленные цели достигались путем использования комплексного подхода -теоретических и экспериментальных методов исследования. При теоретическом исследовании трехчастотных процессов ППЧ основным методом являлось численное моделирование. Наряду с этим для большей физической наглядности в некоторых оправданных случаях использовались аналитические решения и оценочные расчеты. Экспериментальные методы исследования включали в себя измерение спектральных характеристик НК и преобразованного по частоте излучения, а также энергетических, пространственно-временных и пространственно-угловых характеристик последних методами фотоэлектрической, пирометрической и фотографической регистрации. >
На основе теории трехчастотных процессов ППЧ определены, в частности, допустимые отклонения состава НКТР, приводящие к падению эффективности преобразования частот до приемлемого уровня.
Путем аналитического решения определены длины рабочих элементов, при которых достигается первый максимум в эффективности генерации второй гармоники (ГВГ) при наличии линейных по длине вариаций состава.
На основе оценочных расчётов определены спектральные зависимости угловой ширины синхронизма в одноосных НК, условия фазового синхронизма и коэффициент качества во всем объеме двухосных НКТР.
На базе экспериментального исследования условий фазового синхронизма определены, в частности, дисперсионные свойства нелинейных кристаллов тиогаллата ртути как функции положения коротковолновой границы спектра прозрачности.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Определенная связь между отклонением состава НКТР от ожидаемого значения и эффективностью параметрического преобразования частоты позволяет рассчитать допустимые отклонения состава, при которых обеспечивается сохранение эффективности преобразования частоты на допустимом уровне.
Определенная связь между наличием линейной по длине вариации состава НКТР и эффективностью процесса ГВГ позволяет рассчитать длину, при которой достигается первый максимум в эффективности ГВГ.
Отклонения в стехиометрии одноосных кристаллов HgGa2S4, связанные с увеличением доли HgS, приводят к сдвигу коротковолновой границы спектра прозрачности и изменению дисперсионных свойств.
Аппроксимации дисперсии показателей преломления в виде уравнений Сельмейера с определенными числовыми коэффициентами позволяют рассчитать углы фазового синхронизма для ГВГ в двухосном кристалле LiInSe2 в диапазоне длин волн 9мкм полосы излучения СОг-лазера с погрешностью, не превышающей ± 12'.
Личный вклад соискателя
Диссертация является обобщением работ автора по исследованию оптических свойств НКТР UIn(SiISex)2, LiGa(Si^Sex)2, Hgi-*Cd*Ga2S4 и AgGaGexSap+j), а также; процессов параметрического преобразования частоты в них и различных аспектов использования полученных результатов в действующих макетах преобразователей частоты за период с 2002 по 2007 г. В исследованиях, представленных в диссертации, соискателю принадлежит постановка научных задач, разработка алгоритмов, составление пакета прикладных программ и проведение модельных исследований. Комплексный характер, широкий круг и аппаратурная сложность рассматриваемых и решаемых вопросов предопределила необходимость коллективной работы. Так, ряд экспериментальных исследований проводился на уникальных лабораторных стендах в различных физических научно-образовательных центрах России и Китайской Народной Республики с участием разработчиков лазеров при непосредственном методическом руководстве соискателя. Анализ и интерпретация полученных данных, а также выводы сделаны автором по итогам обсуждений результатов с научным руководителем.
Научная новизна
1. Предложен алгоритм оценки допустимых отклонений состава НКТР от ожидаемого состава, на его основе впервые сформулированы требования к точности контроля состава для использования в ППЧ различных типов. Рассчитаны спектральные области, оконтуренные изолиниями допустимых отклонений состава, в пределах которых падение эффективности параметрического преобразования частоты не превышает приемлемых фиксированных значений. На примере НКТР LiIn(Si*Sex)2 и LiGa(Si-*Sex)2 длиной 1 см показано, что падение эффективности трехчастотных процессов параметрического преобразования частоты, не превышающую 50%, имеет место при отклонении состава на величину, не более десятой доли процента.
2. Предложено соотношение, определяющее длину НКТР, при которой достигается первый максимум в эффективности ГВГ при наличии линейных по длине вариаций состава. Определены условия его использования.
3. Установлено, что вариации в пределах 10%-го содержания исходного, химического компонента HgS в составе НК HgGa2S4, характеризующихся коэффициентом оптических потерь в спектральной области максимальной прозрачности не выше 0,1 см-1, приводят к вариации углов фазового синхронизма для ГВГ СОг-лазеров на величину до 1,5°. Увеличение угла фазового синхронизма для ГВГ линии излучения СОг-лазера на длине волны накачки Л = 9,55 мкм в НК HgGa2S4 с ростом температуры в диапазоне 20 - 300 °С не превышает 12"/1 °С.
4. Определены поверхности фазового синхронизма и коэффициента качества для ГВГ в двухосных НКТР LiIn(Si-xSex)2 и LiGa(Si^Se^2 при х = 0-И. Результаты анализа впервые представлены в виде совмещенных трехмерных диаграмм. Установлено, что значения коэффициента качества для ss-f типов взаимодействия максимальны при углах вне главных плоскостей кристалла, тогда как для fs-f типов взаимодействия оно достигает максимума в плоскости XY кристаллооптической системы координат.
5. Впервые получены аппроксимации дисперсионных зависимостей показателей преломления новых НКТР LiIn(So,5Seo,5)2 в виде уравнений Сельмейера с погрешностью, равной погрешности эксперимента.
Научная ценность полученных результатов заключается в том, что они помогают продвинуться в понимании возможностей НКТР как параметрических преобразователей частоты лазерного излучения.
Практическая значимость проведенных исследований заключается в следующем:
1. Расчетным и экспериментальным путем определены адекватные аппроксимации дисперсии показателей преломления UInS2, LiInSe2, AgGaS2, HgGa2S4 и AgGaGeS4 в виде уравнений Сельмейера из числа известных, которые могут быть рекомендованы для проведения расчетов условий фазового синхронизма, коэффициента качества НКТР и создания ППЧ с улучшенными характеристиками на основе рассматриваемых кристаллов.
2. Определенные длины НКТР, имеющих линейные по длине вариации состава, при которых реализуется первый максимум в эффективности ГВГ, могут быть использованы в качестве исходных данных для подготовки технических заданий на изготовление рабочих элементов из них.
3. Выходные характеристики разработанного ПГС на основе НК AgGaS2, выращенного и просветленного с использованием современных технологий, дают возможность его применения в лидарах-газоанализаторах дифференциального поглощения.
4. Определенные значения вариаций углов фазового синхронизма для ГВГ в AgGaS2 и HgGa2S4 как функций температуры кристалла позволяют использовать их в разработке генераторов второй гармоники.
5. Предложен способ маркировки кристаллов, имеющих отклонения в стехиометрии, по положению края коротковолновой границы спектра прозрачности.
Достоверность результатов, выводов и положений диссертационной работы обеспечивается: воспроизводимостью результатов проведенных модельных и экспериментальных исследований физических свойств НКТР, а также параметров и характеристик параметрических преобразователей частоты на их основе в различных экспериментальных условиях: в ИМКЭС СО РАН, ОСП «СФТИТГУ», Институте лазерной физики СО РАН и Институте физики полупроводников СО РАН, г. Новосибирск, а также в Джилинском университете, г. Чангчунь, Харбинском технологическом университете и Университете науки и технологий, г. Харбин, КНР;
-использованием современных технологий программирования (Microsoft Visual С++, Mathematica 5.0) и методов объектно-ориентированного программирования;
- тестированием с помощью замкнутого численного эксперимента;
- корректностью и взаимопроверяемостью используемых методик, их непротиворечивостью современным представлениям о трёхчастотных процессах параметрического преобразования частоты лазерного излучения в нелинейно-квадратичной среде;
- качественным и количественным согласием результатов этой работы и данными Т. Като (1998 г.) и В.В. Бадикова (2004 г.), полученными независимо; -результатами, полученными в процессе диссертационной работы, в Джилинском университете, г. Чанчунь, и Харбинском технологическом университете, г. Харбин, КНР; в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве созданы действующие макеты;* ГВГ и ПГС, а также лидара-газоанализатора дифференциального поглощения на основе перестраиваемого СОг-лазера с ГВГ. ?
Внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы использованы:
1) при выполнении институтских, региональных, государственных и международных научных и научно-технических программ и проектов, ряда госбюджетных тем и в соответствующих отчетах ИМКЭС СО РАН. Среди указанных проектов следует особо отметить проекты СО РАН 28.2.3. «Разработка новых методов, технологий и приборов на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для контроля природных и техногенных систем, а также для решения специальных задач» и 7.13.1.2. «Развитие методов и технических средств на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для изучения природных и техногенных систем», Региональный научный грант РФФИ «Научные основы создания лазерного диагностического комплекса»№ 05-02-98005-робь;
2) при выполнении институтских программ в ОСП «СФТИ ТГУ».
Внедрение и использование результатов диссертационной работы подтверждается двумя актами, представленными в приложении I и И.
Связь работы с научными программами и темами
Работа выполнена в рамках приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу. Экология и рациональное природопользование» (Приказ Президента Пр-577 от 30 марта 2002 г.) и перечня критических технологий «Перечень критических технологий Российской Федерации. Мониторинг окружающей среды» (Приказ Президента Пр-578 от 30 марта 2002 г.), а также в рамках ориентированных на них фундаментальных исследований РАН.
Тема диссертации соответствует приоритетному направлению СО РАН «28. Экология и рациональное природопользование. Мониторинг окружающей среды» на 2004-2006 гг., программа 28.2. «Научное, методическое, приборное и аналитическое обеспечение мониторинга окружающей среды для экологических и специальных задач», проект 28.2.3. «Разработка новых методов, технологий и приборов на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для контроля природных и техногенных систем, а также для решения специальных задач» (per. № 01200408133), а также приоритетному направлению СО РАН на 2007-2009 гг. 7.13. «Разработка методов, технологий, технических и аналитических средств исследования поверхности и недр Земли, гидросферы и атмосферы. Геоинформатика», . программа 7.13.1. «Фундаментальные основы приборостроения для наук о Земле и решения специальных задач», проект 7.13.1.2. «Развитие методов и технических средств на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для изучения природных и техногенных систем» (утверждено Постановлением Президиума СО РАН № 40 от 12.02.2007).
Работа выполнялась в рамках приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу. Экология и рациональное природопользование» (Приказ Президента Пр-577 от 30 марта 2002 г.) и перечня критических технологий «Перечень критических технологий Российской Федерации. Мониторинг окружающей среды» (Приказ Президента Пр-578 от 30 марта 2002 г.), а также ориентированных на них фундаментальных исследований РАН: проект 28.2.3. «Разработка новых методов, технологий и приборов на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для контроля природных и техногенных систем, а также для решения специальных задач» (per. № 01200408133), проект 7.13.1.2. «Развитие методов и технических средств на основе оптических, радиоволновых и акустических эффектов для изучения природных и техногенных систем» (утверждено Постановлением Президиума СО РАН № 40 от 12.02.2007). Работа поддержана региональным научным грантом РФФИ «Обь» «Научные основы создания лазерного диагностического комплекса» № 05-02-98005-робь. Результаты проделанной работы в части моделирования эффективности преобразования частот в нелинейных кристаллах твердых растворов LiIn(Si-xSex)2 и LiGa(SixSex)2 включены в отчет СО РАН: «Сибирское отделение Российской академии наук в 2005 году. Том I. Основные научные результаты. Часть 1. Приоритетные направления и программы фундаментальных исследований. Программа 28.2. Научное, методическое, приборное и аналитическое обеспечение мониторинга окружающей среды для экологических и специальных задач» (Изд-во СО РАН, Новосибирск, 2005. С. 204-205). Автор данной работы является также победителем конкурса молодых ученых СО РАН 2006 г. с выделением гранта «Широкодиапазонное преобразование частоты лазерного излучения в пределах видимого - среднего ИК-диапазона спектра на основе нелинейных кристаллов» на 2007-2009 гг. (Приложение к постановлению Президиума СО РАН от 21Л2.2006 г. № 465).
Апробация работы
Материалы диссертационной работы представлялись, докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях: VIII Международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах», Барнаул, 2005; на VII Российско-Китайском симпозиуме по лазерной физике и лазерным технологиям, Томск, ТГУ, 2004 г.; на X и XI Международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана», Томск, 2003 и 2004 гг. соответственно; на VI и VII Международных конференциях «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул», Томск, 2003 и 2005 гг. соответственно; на IV школе-семинаре молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития», Томск, СФТИ, 2003 г.; на IX Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии», Томск, ТПУ, 2003 г.; на IX Международной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, 2004; на Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (ICONO/LAT
2005), Санкт-Петербург, 2005 г.; на VI Сибирском совещании по климато-эколошческому мониторингу, Томск, 2005 г.; на III Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology, Beijing, 2005 г.; на V Международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды», Томск, 2006 г.; на XIII Международном объединенном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы», Томск, 2006 г.; на IV Международном симпозиуме по оптическим материалам (ISLNOM-4) Прага, Чехия, 2006 г.; на VI Азиатско-тихоокеанской конференции «Фундаментальные проблемы опто- и микроэлектроники» (АРСОМ'2006)», Харбин, КНР, 2006 г.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 49 работ, из них 14 статей в периодической рецензируемой печати, а также 29 тезисов докладов и 6 статей в сборниках трудов научных конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического, списка и приложений, подтверждающих внедрение и практическое использование результатов диссертационной работы. Работа изложена на 132 страницах, включает 19 таблиц, 39 рисунков и список библиографических источников из 96 наименований. >
Основные результаты исследований заключаются в следующем.
1. Экспериментально определены химический состав исследуемых образцов НКТР и его вариации. На основе анализа установлены химические формулы, определяющие реальный химический состав исследованных образцов НК.
2. На основе изучения условий фазового синхронизма разработан алгоритм для определения допустимых отклонений состава НКТР от ожидаемого значения. Определен алгоритм для расчета длины рабочих элементов из НКТР, при которых достигается первый максимум в эффективности ГВГ при наличии вариаций состава в объеме НК. Его использование продемонстрировано применительно к НКТР с наличием линейных по длине вариаций химического состава. Показано, что падение эффективности трехчастотных процессов преобразования частоты на величину, не превышающую 50% во всем диапазоне синхронизма, имеет место при отклонении состава от ожидаемого значения на величину в пределах единиц тысячных долей. Результаты расчётов допустимых отклонений и вариаций состава НКТР пригодны для формулировки технических заданий на выращивание НКТР и изготовление рабочих элементов из них.
3. Проведен комплексный анализ дисперсионных свойств показателей преломления НКТР AgGaGexS2(i+x), LiIn(Si-*Sex)2, LiGa(Si-xSex)2 и HgixCdxGa2S4 с использованием расчетных и экспериментальных данных, полученных автором, а также известных ранее данных. На основе этого анализа установлены выражения вида уравнений Сельмейера, адекватно определяющие их дисперсионные свойства.
4. На основе результатов численного моделирования на примере НК LiInS2 установлено, что основной причиной большого, до 10°, расхождения результатов расчетов углов фазового синхронизма с использованием различных известных аппроксимаций дисперсии показателей преломления в виде уравнений Сельмейера являются различия в погрешности аппроксимаций.
5. В результате проведенных экспериментальных исследований определены спектры прозрачности НКТР HgGa2S4, и установлена взаимосвязь между отклонением состава от стехиометрического, положением коротковолновой границы спектров прозрачности и дисперсией показателей преломления.
6. Путем проведения численных расчетов исследованы особенности условий фазового синхронизма и определены значения коэффициента качества для процесса ГВГ в диапазоне углов 0 < (9, ф) < 90° двухосных НКТР LiGa^i-jSe*^ и LiGa(SiJt:Sex)2npH х = 0-И. Результаты расчетов представлены в графическом виде на совмещенных трехмерных диаграммах.
7. На основе кристалла AgGaS2 с накачкой Nd:YAG лазером создан паносекундный ПГС I типа (е-оо) с выходными и эксплуатационными характеристиками, позволяющими применить его в устройствах прикладной оптики.
На основании приведенных результатов можно констатировать, что развиваемое направление исследования физических свойств известных и поиска новых нелинейных кристаллов твердых растворов с априорно заданными физическими свойствами, а также разработка и исследование параметров и характеристик параметрических преобразователей частоты лазерного излучения на их основе оправдали себя на данном этапе исследований и являются перспективными направлениями в нелинейной кристаллооптике.
БЛАГОДАРНОСТИ
Считаю необходимым выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю Юрию Михайловичу Андрееву, опыт и поддержка которого помогли выполнить все поставленные задачи.
Выражаю благодарность за постоянное внимание к проводимой работе Тихомирову Александру Алексеевичу, а также коллективу лаборатории экологического приборостроения ИМКЭС СО РАН, Копыловой Татьяне Николаевне, Пойзнеру Борису Николаевичу за многочисленные обсуждения результатов работы.
Выражаю признательность своим коллегам по работе - Атучину Виктору Валерьевичу, Саркисову Сергею Юрьевичу, Шайдуко Анне Валерьевне, Хуангу Джин-Же за помощь, полезные обсуждения и советы в процессе работы над диссертацией.
Считаю своим долгом поблагодарить Рен-Де Минга из Харбинского технологического института и Джин-Ю Гао из Джилинского университета за предоставленную возможность проведения экспериментальных исследований на современных установках, а также всех сотрудников принимавших участие в работе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе выполнены комплексные теоретические и экспериментальные исследования оптических свойств НКТР AgGaGexS2(i+x) с * = 0 и 1, LiIn(StxSeI)2, LiGa(Si-*Sex)2 с х = 0-И и HgGa2S4, а также параметров, влияющих на эффективность преобразования частоты лазерного излучения на их основе.
1. ЦерникеФ., Мидвиптер Дж. Прикладная нелинейная оптика. М.:Мир, 1976. -261 с.
2. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика. 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Физматлит, 2004. - 512 с. - ISBN 5-9221-0453-5.
3. GiordmaineJ.A. Mixing of light beams in crystals// Phys.Rev.Lett. 1962. V. 8, № 1. P. 1920.
4. Maker P.D., Terhune R.W., NicenoffM., Savage C.M. Effects of dispersion and focusing on the production of optical harmonics// Phys.Rev.Lett. 1962. V. 8, № 1. P. 21-22.
5. H.J. Liu, G.F. Chen, W. Zhao, Y.S. Wang, T. Wang, S.H. Zhao Phase matching analysis of noncollinear optical parametric process in nonlinear anisotropic crystals // Optics Communications. 2001. V. 197. P. 507-514.
6. Гречин С.Г., Гречин C.C., Дмитриев В.Г. Полная классификация типов взаимодействия при генерации второй гармоники в двухосных нелинейных кристаллах// Квант, электрон. 2000. Т. 30, № 5. С. 377-385.
7. Bhar G.C. Refractive index interpolation in phase-matching// Applied Optics. 1976. V. 15, №2. P. 305-307.8. . Yao J., Fahlen T.S. Calculations of optimum phase match parameters for the biaxial crystal КТЮРО4// J. Appl. Phys. 1984. V. 55, № 1. P. 65-68.
8. Ахманов C.A., Хохлов P.B. Об одной возможности усиления световых волн// ЖЭТФ. 1962. Т. 43, С. 351.
9. Справочник по лазерам. В 2-х томах. T.II: Под ред. Прохорова А.М. М.: Сов. Радио, 1978.-400 с.
10. И. Eckardt R.C., FanY.X., ByerR.L., Marquardt C.L., Storm M.E., EsterowitzL. Broadly tunable infrared parametric oscillator using AgGaS2// Applied Physics Letters. 1986. V. 49. P. 608-610.
11. Knights M.G., Budni P.A., Schunemann P.G., Pollak T.M., Chicklis E.P. Multi-watt mid-ir optical parametric oscillator using ZnGeP2 // Ninth Topical Meeting on Advanced Solid State Lasers, Salt Lake City, Utah, US, Feb. 7-10,1994, Tech.Degest. P. 259.
12. Schunemann P.G., Pollak T.M. Phase-matched growth of ZnGeP2 mid-ir OPO crystals // Ninth Topical Meeting on Advanced Solid State Lasers, Salt Lake City, Utah, US, Feb. 7-10, 1994, Tech.Degest P. 277.
13. Vodopyanov K.L., ChazapisV. Extra-wide tuning range optical parametric generator// Optics Communications. 1997. V. 135. P. 98-102.
14. PetrovV., BadikovV., PanyutinV., Shevyrdyaeva G., SheinaS., RotermundF. Mid-IR optical parametric amplification with femtosecond pumping near 800 nm using Cd^Hgi-^GaaSV/ Opt. Com. 2004. V. 235. P. 219-226.
15. Huang J.-J., Ren D.M., Ни X.Y., Qu Y.C., Andreev Yu., Geiko P., Badikov V., Lanskii G. Nonlinear optical properties of mixed Cdo.3sHgo.65Ga2S4 crystal// Acta Physica Sinica. 2004. V. 53, № п.-p. 3761-3765.
16. Андреев Ю.М., B.B. Вадиков, ГейкоП.П., ГречинС.Г., Ефимеико B.B., Ефименко Т.Д., Панютии В.Л., Тихомиров А.А., Шайдуко А.В. Генерация второй гармоники ТЕА-СОг-лазера в LiInSe2// Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17, №2-3. С. 133-139.
17. Dmitriev V.G., Gurzadyan G.G., Nikogosyan D.N. Handbook on Nonlinear Optical Crystals. Springer series in optical sciences. V. 64. Springer. 1999.413 p.
18. Schunemann P.G., Setzler S.D., Pollak T.M. Phase-matched crystal growth of AgGaSe2 and AgGai-JnxSe2//Journal of Crystal Growth. 2000. V. 211. P. 257-264.
19. Такаока Е., KatoK. 11 In Dig. Tech. Papers CLEO'99, paper CWF57, P. 287 (Optical Society of America, Washington, D.C., 1999).
20. Andreev Yu.M., Atuchin V.V., Lanskii G.V., Pervukhina N.V., Popov V.V., Trocenco N.C. Linear optical properties of LiIn(Si.ISex)2 crystals and tuning of phase matching conditions// Solid State Sciences. 2005. V. 7. P. 1188-1193.
21. Huang J.-J., Andreev Yu.M., Lanskii G.V., Shaiduko A.V., Das S., Chatterjee U. Acceptable composition-ratio variations of a mixed crystal for nonlinear device applications// Appl. Optics. 2005. V. 44, № 35. P. 7644-7650.
22. Huang J.-J., Atuchin V.V., Andreev Yu.M., Lanskii G.V., Pervukhina N.V. Potentials of LiGa(Si.xSex)2 mixed crystals for optical frequency conversion// J.Cryst.Growth. 2006. V. 292. P. 500-504.
23. PetrovV., YelisseevA., IsaenkoL, LobanovS., TitovA., ZondyJ.-J. Second harmonic generation and optical parametric amplification in the mid-IR with orthorhombic biaxial crystals// Appl. Phys. B. 2004. V. 78. P. 543-546.
24. TakaokaE., KatoK. 90° phase-matched third-harmonic generation of CO2 laser frequencies in AgGai-Jn^// Optics Letters. 1999. V. 24, № 13. P. 902-904.
25. Хуанг Дж.Ж., Андреев Ю.М., Ланский Г.В. Алгоритм для оценки допустимых вариаций отношения смешения твёрдых растворов нелинейных кристаллов// Оптика атмосферы и океана. 2006. Т. 19, № 2-3. С. 185-189.
26. KangF., KaiW., QingM. Nonlinear optics// Jiang Su Science and Technology Press. 1988. P. 80-81.
27. AndreevYu.M., GeikoLG., GeikoP.P., GrechinS.G. Optical properties of a nonlinear LiInS2 crystal// Quantum Electronics. 2001. V. 31, № 7. P. 647-648.
28. Roberts D.A. Simplified characterization of uniaxial and biaxial nonlinear crystals: a plea for standardization of nomenclature and conventions// IEEE J. Of Quant. Electron. 1992. V. 28, № 10. P. 2057-2074.
29. Badikov V.V., Chizhikov V.I., EfimenkoV.V., EfimenkoT.D., Panyutin V.L., Shevyrdyaeva G.S., Scherbakov S.I. Optical properties of lithium indium selenide// Optical Mater. 2003. V. 23. P. 575-581.
30. PetrovV., Yelisseyev A., IsaenkoL., LobanovS., TitovA., ZondyJ.J. Second harmonic generation and optical parametric amplification in the mid-IR with orthorhombic biaxial crystals LiGaS2 and LiGaSe2// App.Phys.B. 2004. V. 78. P. 543-546.
31. Boyd G.D., Kasper H.M., McFee J.H. Linear and nonlinear optical properties of LiInS2// J. Appl. Phys. 1973. V. 44, № 6. P. 2809-2812.
32. Ebbers Ch. Summery of known nonlinear properties of LiInS2// Preprint UCRL-ID-116744, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, USA, 24.02.1994,8 p.
33. Isaenko L., Yelisseev A. New non-linear crystals for a broad spectral region// Chem. Sust. Develop. 2000. V. 8. P. 213-217.
34. Knippels G.M.H., A.F.G. van der Meer, MacLeod A.M., Yelisseyev A.,., Isaenko L., Lobanov S., Thenot I., Zondy L.-L. Mid-infrared (2.75 6.0-fim) second-harmonic generation in IiInS2// Opt Lett. 2001. V. 26, № 9. P. 617-619.
35. Isaenko L., Lobanov S., Zondy L.-L., Payne S. Nonlinear and laser crystals for mid-IR region// OSA Trends Opt. Phot. Ser. 2000. V .34. P. 561-562.
36. IsaenkoL., Yelisseyev A., LobanovS., PetrovV., RotermundF., Zondy J.-J., Knippels G.H.M. LiInS2: a new nonlinear crystal for the mid-IR// Materials Science and Semiconductor Processing. 2001. V. 4, № 6. P. 665-668.
37. Rotermund F., Petrov V., Noak F., Isaenko L., Eliseev A., Lobanov S. Optical parametric generation of femtosecond pulses up to 9 Jim with LiInS2 pumped at 800 nm// Appl. Phys. Letters, 2001. V. 78, № 18. P. 2623-2625.
38. Bhar G.C., Gosh G.C. Temperature dependent phase-matched nonlinear optical devices using GdSe and ZnGaP2// IEEE J. Quantum. Electron. 1980. V. QE-16, № 3. P. 838-843.
39. Ланский Г.В. Алгоритмы оценок угловой ширины фазового синхронизма// Оптика атмосферы и океана. 2006. Т.19, № 2-3. С. 182-184.
40. Андреев Ю.М., Воеводин В.Г., Грибенюков А.И., Зырянов О.Я., Ипполитов И.И., Морозов А.Н., СоснинА.В. Эффективная генерация второй гармоники излучения перестраиваемого СО2 лазера в ZnGeP2/7 Квантовая электроника. 1984. Т. 11, №8, С. 1511-1512.
41. Гейко П.П. Преобразование частоты лазеров ИК диапазона в тройных и смешанных нелинейных кристаллах// Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Томск. 2004.
42. Андреев Ю.М., Гейко П.П. О возможности создания лазерного источника диапазона 0,2-12,0 мкм// Оптика атмосферы и океана. 2002. Т. 15, № 7. С. 616-622.
43. BeaslyJ.D. Thermal conductivity of some novel nonlinear optical materials// Appl. Optics. 1994. V. 3, № 6. P. 1000-1003.
44. Andreev Yu.M., Badikov V.V., Voevodin V.G., Geiko L.G., Geiko P.P., Ivaschenko M.V., Karapuzikov A.I., Sherstov I.V. Radiation resistance of nonlinear crystals at a wavelength of 9.55 цт// Quantum Electronics. 2001. V. 31, № 12. P. 1075-1078.
45. Douillet A., ZondyJ.J., Yeliseev A., LobanovS., Isaenko L. Stability and frequency turning of thermally loaded optical parametric oscillators//JOSA B. 1999. V. 16, № 9. P. 1481-1498.
46. Vodopyanov K.L., MaffetoneJ.P., Zwieback I., RudermanW. AgGaS2 optical parametric oscillator continuously tunable from 3.9 to 11.3 Jim// Applied Physics Letters. 1999. V. 75, № 9. P.1204-1206.
47. Elsaesser Т., Seilmeier A., Kaiser W., Koidl P., Brandt G. Parametric generation of tunable picosecond pulses in the medium infrared using AgGaS2 crystals// Appl. Phys. Lett. 1984. V. 44, №4. P. 383-385.
48. Haidar S., Niwa E., Masumoto K., Ito H. Temperature tuning of 5 to 12 цт by difference frequency mixing of OPO outputs in a AgGaS2 crystal// J. Phys. D: Appl. Phys. 2003. V. 36. P. 1071-1074.
49. Fan Y.X., Eckard R.C., Byer R.L., Route R.K., Feigelson R.S. AgGaS2 infrared parametric oscillator// Appl. Phys. Lett. 1984. V. 45, № 4. P. 313-315.
50. Boon P.P., FenW.R, ChongC.T., XiX.B. Nanosecond AgGaS2 optical parametric oscillator with more than 4 micron output// Jpn. J. Appl. Phys. 1997. V. 36, № 12B. P. L1661-L1664.
51. Roberts D.A. Dispersion equations for nonlinear optical crystals: KDP, AgGaSe2, and AgGaS2// Appl. Opt 1996. V. 35, № 24. P. 4677-4688.
52. HarasakiA., KatoK. New data on the nonlinear optical constant, phase-matching and optical damage of AgGaS2//Jpn. J. Appl. Phys. 1997. V. 36, № 2. P. 700-703.
53. ChbaniN., Loircau-Lozac'h A., Rivet J., DugueJ. Systeme pseudo-ternaire Ag2S-Ga2S3-GeS2: Diagramme de phases-Domaine vitreux// Journal of Solid State Chemistry. 1995. V. 117. P. 189-200.
54. Ren D., HuangJ., Qu Y., Ни X., Andreev Yu., Geiko P., Badikov V., Shaiduko A. Optical properties and frequency conversion with AgGaGeS4 crystal// Chinese Physics. 2004. V. 13, № 9. P. 1469-1473.
55. PetrovV., Badikov V., Shevyrdyaeva G., PanyutinV., ChbhikovV. Phase-matching properties and optical parametric amplification in single crystals of AgGaGeS4// Optical Mater. 2004. V. 26. P. 217-222.
56. Kabanov M.V., Andreev Yu.M., Badikov V.V., Geiko P.P. Parametric frequency converters with new nonlinear crystals// Russian Physics Journal. 2003. V. 46, № 8. P. 835-846.
57. Chemla D.S., Kupecek P.J., Robertson D.S., Smith R.C. Silver thiogallate, a new material with potential for infrared devices// Optics Communications. 1971. V. 3, № 1. P. 29-31.
58. Bhar G., Smith R.C. Silver thiogallate (AgGaS2) Part II: Linear Optical Properties// IEEE Journal of Quantum Electronics. 1974. QE-10, № 7. P. 546-550.
59. Badikov V., Shevyrdyaeva G., Chkhikov V., Panyutin V., Xu G., Petrov V., Noack F. Phase-matched second-harmonic generation at 1064 nm in quaternary crystals of silver thiogermanogallate// Applied Physics Letters 2005. V. 87. Paper 241113. P. 1-3.
60. B.B. Вадиков, А.Г. Тюлюпа, Г.С. Шевырдяева, С.Г. Шеина. Твердые растворы в системах AgGaS2 GeS2, AgGaSe2 - GeSe2// Неорганические материалы, 1991, Т. 27, № 2, С. 248-252.
61. Kato 1С, ShirahataH. Nonlinear IR generations in AgGaS2// Jap. J. Appl. Phys. 1996. V. 35, № 9A. P. 4645-4648.
62. DasS., Ghosh Ch., Gangopadhyay S., Andreev Yu.M., Badikov V.V. AgGaGeS4 crystals for nonlinear laser device applications// Jap. J. AppL Phys. 2006. V. 45, № 7. P. 5795-5797.
63. Bhar G.C., Das S., Ghosh D.K., Samanta L.K. Phasematching of infrared nonlinear laser devices using AgGaS2// IEEE Journal of Quantum Electronics. 1988. V. 24, № 8. P. 1492-1494.
64. HaidarS., ItoH. Injection-seeded optical parametric oscillator for efficient difference frequency generation in mid-IR //Optics Communications. 1999. V. 171. P. 171-176.
65. Wang T.-J., Kang Z.-H., Zhang H.-Z., He Q.-Y., Qu Y., Feng Z.-S., Jiang Y., Gao J.-Y., Andreev Yu.M., Lanskii G.V, Wide-tunable, high-energy AgGaS2 optical parametric oscillator// Optics Express. 2006. V. 14, № 26. P. 13001-13006.
66. Wang T.-J., Gao J.-Y., He Q.-Y., Ma Т., Jiang Y., Kang Z.-H. Analysis of the dynamics of a mechanical Q-switched CO2 laser six-temperature model// Journal of Applied Physics. 2005. V. 98. P. 073102.
67. Wang T.-J., He Q.-Y., Gao J.-Y., KangZ.-H., Jiang Y., SunH. Comparison of electrooptically Q-switched EnCnYSGG lasers by two polarizers: Glan-Taylor prism and Brewster angle structure// Laser Phys. Lett. 2006. V. 3, № 7. P. 349-352.
68. Саркисов С.Ю., Андреев Ю.М., Атучин B.B., Воеводина О.В., Ланский Г.В., Морозов А.Н. Физические свойства и применение легированных и нелегированных кристаллов GaSe// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2005. Т. 2, № 2. С. 56-58.
69. Andreev Yu.M., AtuchinV.V., Lanskii G.V., MorozovA.N., Pokrovsky L.D., Sarkisov S.Yu., Voevodina O.V. Growth, real structure and applications of GaSei-^S* crystals// Materials Science and Engineering B. 2006. V. 128, № 1-3. P. 205-210.
70. RotermundF., PetrovV., NoackF. Difference-frequency generation of intense femtosecond pulses in the mid-IR (4-12 pm) using HgGa2S4 and AgGaS2// Opt Com. 2000. V. 185. P. 177-183.
71. Ren D., Huang J., Qu Y., Ни X, Zhang L., Andreev Yu., Geiko P., Badikov V., Lanskii G., Tokhomirov A. Optical properties and CO2 laser SHG with HgGa2S4// Chinese OptLet. 2003. V. 1, № 10. P. 613-615.
72. Takaoka E., Kato K. Tunable IR generation in HgGa2S4 //in Proceedings of Conference on Lasers and Electrv-Optic (CLEO), (1998), pp. 253-254.
73. Badikov V.V., Matveev I.N., Panyutin V.L., Pshenichikov S.M., Repyakhova T.M., Rychik O.V., Rozenson A.E., Trosenko N.K, Ustinov N.D. Growth and Optical Properties of Mercury Thiogallate// Sov. J. Quan. Electron. 1979. V. 9, № 8. P. 1068-1070.
74. Badikov V.V., Matveev I.N., Pshenichnikov V.L., Rychik O.V., Trotsenko N.K., Ustinov N.D., Sherbakov S.I. Growth and nonlinear properties of HgGa2S4// Sov. J. Quan. Electron. 1980. V. 10, № 10. P. 1300-1301.
75. DasS., Chatterjee U., GoshC., Gangopadhyay S., Andreev Yu.M., Lanskii G.V., Badikov V.V. Corrigendum to "Tunable middle infrared radiation with HgGaS4 crystal" OptCommun. 259(2) 868-872 (2006).// Optics Communications. 2006. V. 263. P. 352.
76. Badikov V.V., Don A.K., Mitin 1С.V., SereginA.M., Cinaiskii V.V., Schebetova N.I. A HgGa2S4 optical parametric oscillator// Quan. Electron. 2003. V. 33. P. 831-832.
77. Комаров C.A., Мелешко A.H., Плешанов C.A., Соломатин B.C. Эффективное преобразование излучения СОг лазера в нелинейном кристалле HgGa2S4// Письма в ЖТФ. 1980. Т. 6, № 14. С. 870-873.
78. DasS., Chatterjii U., Ghosh С., Gaugopadhyay S., Andreev Yu.M., LanskiiG.V., Badikov V.V. Tunable middle infrared radiation with HgGa2S4 crystal// Opt Com. 2006. V. 259. P. 868-872.
79. IsaenkoL., Yelisseyev A., LobanovS., PetrovV., RotermundF., SlekysG., Zondy J.-J. LiInSe2: A biaxial ternary chalcogenide crystal for nonlinear optical applications in the midinfrared// Journal of Applied Physics. 2002. V. 91, № 12. P. 9475-9480.
80. Isaenko L., Vasilyeva I., Yelisseyev A., Lobanov S., Malakhov V., Dovlitova L., Zondy J.-J., Kavun I. Growth and characterization of LiInS2 single crystals// Journal of Crystal Growth. 2000. V. 218. P. 313-322.
81. AtuchinV.V., AndreevYu.M., LanskiiG.V., ShaidukoA.V. Sellmeier equations for LiInS2 and LiInSe2// Proc. SPIE. ICONO 2005: Nonlinear Optical Phenomena. 2006. V. 6259. P. 325-332.
82. ХуангДж.Ж., Андреев Ю.М., АтучинВ.В., АанскийГ.В., ШайдукоА.В. Дисперсионные свойства нелинейных кристаллов LiInS2, LiInS2 и LiIn(Seo.5So.5)2// Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2005. Т. 2, № 1. С. 21-23.
83. KatoK., TakaokaE., UmemuraN., ChonanT. Temperature-tuned type-2 90° phase-matched SHG of C02 laser radiation at 9.2714-10.5910 цт in CdGe(Asi-^)2 // in Proceedings of Conference on Lasers and Electro-Optic (CLEO). 2000. paper CThE7. P. 295.
