Резонансные взаимодействия в лазерных комбинационно-активных кристаллах с примесными центрами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ



ВСЕСОШННЯ НАУЧШК ЦЕНТР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОПТМ'ЕСКИЙ 1!КСТШТ ЖЕНИ С.И.ВАВИЛОВА"

Нл правах рукописи

- КОШТ Виктор Ильич

- ВДЖ1ЙЕ ВЗАИКЙРЖПВЯЯ В ЛАЗЕРНЫХ КГ^БКЯДЦЙГШО-ДКГИБНЫХ КРИСТАЛЛАХ С ПРИМЩвШ ЦЕНТРАМИ

01.G4.il - ликерная физики

•А Б Т О Р Е Ф Е'Р А Т-диссертации нч осзскзнир ученой степени кандидата -физико мигематических наук

С т кт -П'- те р'Зу рг 1 Эс2

; ' I ВСЕОЖШЯ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР

От дс.-"ГСС/ДАРСТВЕШШ ОПТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ С.И.ВАВИЛОВА"

Нп правах рукописи

Кош Виктор Ильич

РЕЗОНАНСНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ЛАЗЕРНЫХ КОМБМНДЦИПННО-ЛКГИВНЫХ КРИСТАЛЛАХ С ПРИМЕСНЫМИ ЦЕНТРАМИ

0l.04.il - лазерная физика

Л Б Т О Г Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата Физико-математических наук

Санкт-Петербург I К'2

Работа выполнена в Научно-исследоьательском и технологическом институте оптического материаловедения ВНЦ 'ТОЙ им. С .'И. Вавилова"

НаучниЯ руководитель: кандидат физико-математических наук ,

старший научный сотрудник И.Ь.Мочалов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профе ссор Г.Б.Альтшулер,

кандидат физико-математический', наук , старший научный сотрудник Б.А.Горбунов

Ведущая организация: Физико-технический институт

юл. А.Ф.Коф!«

Защита диссертации состоится "22" О 4 ,у,?2 г. в / У час. на заседании специализированного совета КЮ5.01.01 по

присуждению ученой степени кандидата наук

во Всесоюзном научном центре "Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова" (199034, Санкт-Петербург, ВНЦ ГОИ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЦ 'ТОЙ им. С.й.Еэьилова".

Автореферат разослан " " .......г-

Учений секретарь ^ -

специализированного совета у<-/ й.Н.Абракога

кандидат физико-математических наук '¿XX ¿Ю' ¿'„^

(с) Всвссипзиый нг,учнш~! центр Тосударсть^тша сягогооскиЯ институт имени С.И.Раг.илоя.м", 199?.

Актуальность работы

Высокая интенсивность электромагнитного поля лазерной волны обуславливает нелинейность взаимодействия излучения с оптическими материалами. Особое место среди оптических материалов в этом аспекте занимают активные среди твердотельных лазеров, используемые для генерации или усиления света, взаимодействующие с излучением большой мощности. Колинейность отклика в этих средах приводит к спмовоздействию световой волны и к елиянию волн с различными частотами и волновыми векторами друг на друга. Самовоздействие приводит к нелинейному изменению частотного и углового спектра световой волть Взаимное влияние выряжается в энергообмене взаимодействующих волн, рождении волн с новыми, частотами или волновыми векторами. Наиболее активно нелинейные процессы протекают при ггрибли.тении частоты или какой-либо комбинации частот взаимодействующих волн к собственной частоте среды, определяемой разностью. термов энергетических уровней. Результат таких взаимодействий, называемых резонансными, оу!дествонкпм образом зависит от частот волг, взаимодействующих с оптической средой, иалйчиян 'параметров, определяю«!« нелинейные эф^кты, наолюдьемые при резонансных взаимодействиях, могут существенно превышать значения соответствующих параметров нерезонансных взаимодействий.

Большинство оптических сред, используемых б качестве активных элементов твердотельных лазеров, являются материалами с примесными центрами. Однофотоннне переходы между уровнями ионов примеси обуславливают генерацию и усиление 'света. Многофотоннне процессы дают вклад в нелинейность оптических сред. Например, вакная роль двухцхггонного резонанса в ионах неодима для света с длиной волны Л-1.06 мкм была отмечена в работах [1,2]. Причем, несмотря на небольшие концентрации примеси (порядка нескольких' процентов) вклад резонансных переходов менду уровнями примесных ионов в нелкшйше характеристики оптического материала может бить значительным. Ноли оптическая среда является комбинационно -активной, то гри взаимодействии с ней интенсивного лазерного излучения зффктститао протекает резонансный . двухфптоншй комбинационный процесс. Этот процесс приводит к появлению световых во.пн на чясто-гах компонент вынужденного комбинационного РПООРШГОЯ НК.Р) .

Таким оврагом, резонансные процессы в комоинициошю-антипкой

- А -

среде и примесных центрах существенным образом влияют как на спектральные параметры за счет, например, появления волн с новыми частотами при ВНР, генерации суммарных или разностных, частот и др., так и на пространственнне характеристики излучения. Например, коррекция волнового фронта за счет его обращения при вынужденном рассеянии Мандельштамэ-Вриллюана (ОВФ-ВРМВ); вклад резонансных процессов в нелинейный показатель преломления, обуславливающий самофокусировку излучения и др. [31. Однако, до настоящего Бремени исследования резонансных процессов не позволили получить активной среда с примесью, резонансные процессы в которой компенсировали бы нерезонансяый нелинейный показатель преломления. Кроме этого, не было проведено детальное изучение влияния примеси на процесс ВКР в лазерных кристаллах. Это приводит к необходимости дальнейших исследований резонансных взаимодействий в лазерных комбинационно-активных примесных кристаллах.

Цель настоящей работы заключается в исследовании резонансных процессов, протекающих при взаимодействии интенсивного излучения с лазерными комбинационно-активными примесными кристаллами , и влияния этих процессов на спектральные и пространственные характеристики лазерного излучения.

На защиту выносятся следующие научные положения:

о ,

1. Резонансный вклад двухфотонного поглощения ионов М в эффективный коэффициент нелинейного показателя преломления кристаллов ШЗс1(1Юд) :М3+ на длине волны А.~1.06 мкм при соответствующей отстройке от резонанса может компенсировать вклад нерезонансного коэффициента нелинейного показателя преломления. В частности, при концентрации ионов ИсЗ34 около 6 ат % в кристаллах КГВ:М на длине, волны гранатового лазера А.-1 .064 мкм достигается полная компенсация нерезоиансного вклада резонансным двухфотоннкм вкладом в эффективный нелинейный показатель преломления значение которого становится равным нулю.

2. Двухфотонное электронное поглощение из основного состояния иона б обуславливает • концентрационную зависимость модуля суммарной нелинейной восприимчивости третьего порядка |Х<31 ((о;ы,(11,ч)) | кристаллов К.Т'В:Мг1 ( (,'> - частота, соответствующая длине полны гранатового лазера А - (.ОРД мкм ). Величина |Х(3'| уменьшается более чем г. ?. раза при изменении концентрации ионов

№i3t or 0 до 7 ат %,'

3. Основной вклад в экспериментально наблюдаемое возрастание (примерно в 2,5 рэяэ ) коэффициента- отраяенил OSS-ЧБС в КГВ:М npif достижении порога RH? обусловлен четарехгелноЕым параметр!- . ческ.им сроцессом с участкам стоксовых компонент волн накачки.

4. Но''l.i¡-'.чеKvie и ВКР-акт'двчуы среду специальной примеси ( в которой частота двухфотонрых переходов попадает в резонанс с частотами излучения накачки или. сгоксовых ютякшент ) позволяй* управлять коздащиентй-« преобразования в EiiP-компоненты.

G. Порог антистоксовой компоьвнтн БКР определяй.'тся модулем суммарно;! ьосчтркимчивости ¡xii:i (в отличие от первой стохссрой компонента, порог которой осрвде.чявтся «никой часть»

Бее перечислен«« пождачйя получены ьго»ргае и отражают- личный ъклчд автора.

Пунктуif-rvAH 'значимость результатов рпботн

t, Н pwki-pi определена одна • иг ьс-зчптгг. оптических сред с <5лигкям к ну.ти 'HP.wKxifmjM . г:окчзат-зл-м преломления. - кристалл Kui'ovo .:rill-5* 'и .z. Twал сред«-; доя та обладать 'повышенной лучевой прочное :ьк- • из-зЪ 'отсутстнияид. мелкомасштабной сзмофс-куеирозяи на длине волны гранатового ла?ера Я~1.0642 тел.

2. Предложен и обоснован новый способ управления коэффициентами преобразования г- антистоксовые и внешне стокооьче компоненты БКР, осковбкннй на добавлении в БКР-среду примеси, обладающей ¿гухфо-гочнам резонансом на частотах нчкачки шЩ ст.оксоьых компонент.

¿. йсшользобыш»» предложенного е работе 'ноьоГо: дисперсионного элемента позволило создать" .перестраиваемый пикосекундный лазер на базе . стандартной' термоотаЗильНой'. конструкции • .без излома оптическо.1 оси лазера.

An,гх>'аци.-; работы

0.'ноские результата диссертационной работы доложены на II' Всесоюзной конференции "Обращение . волнового Фронта лазерного иэлучемм в к<шшейных средах", г.Минск, 1589 г.; на VI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", г.Ленинград, 1990 г.; на ГХ Всесоюзном , симпозиуме по спектроскопии кристаллов, г.Ллщшгряд» 1590 г..; на XIV Международной конференции "Когерентная к челкпейюя оптика", Ленл.чгр.ад( 199! г., и Др., а также опубликоьаны . б сборнике ''Обращение волнового фронта лнзереиго додуичод в не.ланейних средах", г.Минск, 1390 г., е. 16-20; ь журналах "Оптика и спектроскопия" т.70 , N 1, 1991

Г. ,0.67 и •'оптика И спектроскопии" т.70 , К 2, 1991 г.,с.537, .Б результате работе лад экспериментальной 'установкой .получено положительное решение по заявке на изобретение.-Структура.^ объем диссертанта' .'•

Диссертаций. состоит из,.-введения, пяти- глав, заключения и списка цитируемой литературы. Диссертация излажена!• на тзо . страницах, включай б таблиц, 3.7 рисунков и .список литературу, содержащая 75 наименований. .':.-,'■

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ • Ро введение . .Обоснована . актуальность ' темн диссертации, сформулированы • цель..' 'работа .- и'' -осноеннр; научные положения, выносимые на защиту, охарактеризована структура работа, приведен;; сведения об апробации.работы- '

В ггерюй главе рассмотрено со-вреМеякое... состояние проблемы . резонансных 'взаимодействий '.с точки . зрения их ияиягоя на кубическую нелинейную Еюспрйимчи&оеть оптических сред. Обсуждено практическое значение исследования резонансных процессов.

Исследовано влияние этих процессов, на , реальную- часть восприимчивости, определяющую нелинейный показатель преломления. Показано ч:то • резонансе■ в примеси несмотря-; на ' невысокую концентрами .'примеси' ( порядка, нескольких -процентов) могут оказывать существенное , влияние ' Па нелинейный- . показатель преломления .примесных - кристаллов, ..что • 11риводит к бозмозяЬстй создания.оптических оре-д с близким к.нулю нелинейным показателем Преломления. Обсуждены современные методы измерения нелинейного показателя преломления!

В кратком обзоре применения резонансных , взагадодействий для коррекция- .волнового фронта- лазерного излучения, а также для расширения спектрального- 'диапазона- лазерного излучения, рассмотрены процессы вынужденного рассеяния и четнрехволнового смешения- . (ЧВС) световых волн- . ( генерация •' стоксовых ; и антистоксовых компонент ВКЕ,- генерация: суммарных и разностных, частот при 'ЧВС ).

Обоснован - выбор модально®. '• среды' для проведения экспериментальных исследований - . кристалла . калий гододинйевого вольфрамата (КГЗ)-, легированного иокоми неодима- - КСс!(Л'Ол-)2:КЛ"+. Этот выбор обусловлен несколькими -причинами. Во-перБих, • этот кристалл применяется в качеств , активной среды - для лазеров. Во-вторых, он является' .кр.оинационно-актавной средой . со

сравнительно .низким порогом ВКР, что поаволяет его использовать в качестве активней среда'для лазера .с В!СР-саиапреобрязовангием £4]. В-третьих, в- этих кристаллах на длине волны гранатового лазера существует двухфатонйкй резонанс, соответствующий двухфитонному поглощению из основного состояния ионов неодима.-

Во второй главе .выполнен адализ неЛпгеШюсти показателя Преломления лазерных примерных кристаллов, 'ГРперацпий и усиление в которых сопровождается а$фенстив|ягм ВКР -. самолреобразоваштеМ излучения. Принципиальной особенностью таких лазерных сред является .рвйлйзадая в них сразу нескольким резонансных условий взаимодействия света с веществом. Например, для. сред, активированных неодимом ...- это однофатонный резонанс., генерационного злектронного'переаддз л1'3/,;-'1111/а (переход 1 ,рис. 1 ),■ двухфотошшй" резонанс электронного перехода. 41д/2-(г(], 40)7/2 { переход ?., рйс,1 ) и двухфо'тонный комбинационный резонанс в кристаллической матраце' (переход З.рис.1). В таких средах, выражения для показателя преломления на частотах и <оа могут Сыть' записаны в-виде: * ■

а

пс = +

-Ь

(1) (2)

где коэффициент ..нелинейного показателя преломления, обусловленный-

' Я 5

т/г

ч 3)

ч 1 У ■ у /

' Ч ' и/г

У.!..

б')' у •

5)

о)

■ №..'■ 1. Схема переходов ' между уровняю?.; лазерного комбИнац'иотю-акт.игц'л'го кристалла, п) актиьаторгшй ион На31» О) комбиняционио-активная диЬлектр'Леекйя да'грица '

к.с.,

- о -

однофотоншм резонансом, имеет вид: < ^ + г?^

здесь тгод:г- длительность импульса, и «с - комплексные амплитуды напряЛмнностеЙ поля лазерного излучения и

стоксовой волны Ед "Кс> ■- 2 9 л е*Р | | +

Ес " 2 гс, ехР { 4(шсг~5уо } + к.е., мд и ыс - частоты, кл и кг -

волновые векторы поля лазерного излучения и стоксовой волны; п° и п° - показатели преломления на , частотах ыл и ыс без учета рассматриваемых . резонансов, гоф=ыл~С1,зг' 1;дф=2ыл"и41 • г,Екр=шл~ис"шб'>' где ~ частоты переходов между

соответствующими уровнями (см. рис.1 ); Т^, 'Г^ф, ТЕКр - времена поперечной релаксации переходов 1,2,3; т^ - время продольной релаксации перехода 1; т^, ^дф. "ПВКр - разности заселенностей уровней 2 и 3, 1 й 4, Б й 6; т^ф - равновесная разность заселенностей уровней 2 й 3}

ж = г „ 1 V г а5Лб ^Аб \ .

Дф "7Г ш1к4 ил ' *вкр ТГ £ \ о>1к+ ыл 4 ш1к- шс / •

- матричные элементы оператора дипольного момента перехода

между уровнями 1 и к; Ь - поправочный коэффициент Лоренца для

ь

локального поля; ---^ / I»1 - формфактор,

гиш15л' о

определякщий различия резонансной нелинейности показателя преломления среда для переднего и заднего-, фронтов импульса. В случае v0ф » Т^, при .характерных для ионов На34значениях т]^« 5 х

х 101В см'3, для |й23|1СГ3Дб, п°=2.1, 1тп « 10"10 с из (3) получаем оценку для п^1 « 1СГ16 ед.СГО. Следовательно, вкладом однофотогаюго резонанса в нелинейный показатель преломления мошо пренебречь. .

В ионах неодима на двойной частоте лазерного перехода имеет место двухфотонное поглощение ( рис.1 переход 2). Коэффициент нелинейного показателя преломления, обусловленный ,ДФП имеет вид:

пдф _ 4т^*дф'?1л1дф ' (4)

Разность заселенности в данном случае равна концентрации «одима и, поэтому, например для кристаллов > :М34 3 аг%

^ДФ

10го см

лежат в интерзале ±10~'с ед.СГС.

. Как следует из (4), при « величина п:

,ДФ

12 ______Дф Дф ...........'2

Аналогично,

резонансного коэффициента показателя преломления, определяемого ВКР:

вкр _ _ "^вкр^вкр^1, г'вкр ^внр, _

Тмс

нелинейного

п:

_ -_ .л ,r .

л ' вкр *pjcp' где g - погонный инкремент ВКР. Для кристаллов KC-d(W0d)2:Mo+,

считая g=6 cm/IBt [4], 1 (n!?KP) | й Ш~11 ед.СГС.

1 2 max1

Выполненные теоретические оценки показал;?, что резонансный вклад двухфотоншх процессов в коэффициент нелинейного показателя' преломления лазерных кристаллов мо:кет быть по абсолютной: величине ■соизмерим с нерезонаксянм коэффи.'узентом нелинейного показателя, преломления и быть как положительннм, так и отрицательным и, следовательно, изменением концентрации активатора в средах с соответствую;^™ расположением уровней или возбуждением ВКР в диэлектрической матрице при отстройке от резонанса в пределах ширины линия мокно добиться увеличения (для эффективного получения динамических решеток) или уменьшения (для ослабления самофокусировки) коэффициента нелинейного показателя преломления.

В третьей главе на основе эксперимента по обращению волнового фронта при вырожденном четырехволновсм смешении (ОВФ-ВЧВС) на

Таблица 1. Результаты измерений коэффициента отражения при ВЧВС

концентрация ионов ' Nd3+, ат. % R, % txl3)l. • ед.СГС хЮ13

. 0 0.56 1.4

'i - 0.21 0.8

7 0.13 - О.б

частоте и, соответствующей длине волны гранатового лазера СЛ.~1.0642 мкм) исследовано-влияние рассмотренных во второй главе двухфотонных резонансов на коэффициент отражения. Коэффициент отражения II при ВЧВС пропорционален квадрату модуля нелинейной восприимчивости:

Е ~ |х(3)(ш;ы,и,-ы)|2Ч^ (б)

и/а

I,«Ig - интенсивности волн накачки Е1 и 1г,

где 1^(1^2)''

Влияние примеси на нелинейность материала исследовано по зависимости коэффициента отражения от .концентрации ионов неодима, В таблица -1 "представлены результаты измерений коэффициента Отражения и соответствующие им рассчитанные значения модуля нелинейной Еосприимчивостд ' |3.) чи) |. '..

Из геометрического представления комплексной восприимчивости,, указанного :на ' рис.2, ' следует, что величина коэффициента отражения пропорциональна квадрату, расстояния от начала координат до точки, соответствующей определений ионцеитравди' ионов Ш3*. Согласно ?еоре£ич.еоккм'.оценкам, .кривддедам во ■ второй ■ главе, основной вклад в нелинейную восярюдаивасть • в .¿^итрйс^мметричных примеснйх .кристаллах- енозит- •' нерезонансная кубическая восприимчивость .-диэлектрической матрицы" Хт1 и кубическая

восприимчивость Хт5

обусловленная .Двухфототшм- резонансом ■ в 'Ùptt интейсиш-остях'. -света, мвньтих порога

Ионах примеси. _

воабухденйя ^ЩР выражение -для можно записать, в- виде;

уОЗ _-у<э) ' (3.)

•* ■ ХЯР Ада •

(7)

: Кех

,(3)

Рис.2. Геометрическое представление- восг^яшчивости ( > ^ ' ~ X®-1 .камвдекснбй .плоскости.- Точки д,

«u> V » -- X® • д. дл-Е, С соответствуют. различный концентрациям ионов"неодима (0, -.If, V ВТ. % сеопц-гс тк-екно ) '

Величина воспржтвости х^ ДРИ малых концентрациях ионов Nd3+ пропорциональна концентрации конов неодима N : N Хда5» где Хда'' - вклад. в кубическую восприимчивость, обусловленный двух£оточным резонансом в ионах примеси при'концентрации N=iaT.%., Из выражений (6) следует, что' зависимость коэффициента отражения ft от концентраций М должна Подчиняться параболическому закону: ■

•й"^^.!)8!^'^.^!^ " . (8)

где п - показатель преломления1 - длина взаимодействия световых .тли.

На основании экспериментальных данных, приведенных в'.таблице и выражения (8) рассчитаны значения слэдуодпс-величин:

ixg'i = 4.4 х 10"13 ед.СГС, |х£>| = ОЛб 1%/JM = 0.2"х 10"13' ед.СГС (при концентрации ■ ионов' Nd3+ Г а?.5Ь), у .= 0.4, где 2rn%f 3 J '

7 = arctg (з')' " определяет • нормированную отстройку • от йе%т

двухфотояного резонанса.

Величина нелинейного показателя преломления п^ пропорциональна вещественной части ■ зоспрпккчшзости %13). Следовательно, зависимость пг от концентраций ионов неодима N определяется, следующим соотношением ( см/рис.2 >;■

пг Re хСЗ) = ixg'M- -'NlXjg3! cos7. (9)

Из • выражения (9) .следует, что При концентрации ' ионов ' йеодима N » 6 hT.ts п? « 0.

Влияние процесса. ВКР. на обращение волнового фронта изучена по зависимости коэффициента отражения of .. энергии лвдульсов сигнальной-волны-при ОВФ - ЧВС.

S" X '■ 3

4 ■

Рис.3. Схема . резонансного Параметрического

четырехволнозого смещения ■ с участием стоксовых компонент волн накачки.1 - Е, -стоксовая компонента волны накачки Е.; 2 -

1С - 1 .

волна накачки Е.; 3 - Е. - стоксовая -компонента сигнальной волны ? зс

5 { 4 - отраженная- волна Ег

Экспериментально установлено, что при достижении порога В1СР в процессе ОЗФ-ЧВС наблюдается скачкообразное . увеличение коэффициента отражения ~ в 2,5 раза. Это 'увеличение описано ко основа анализа резонансного четырехволнового параметрического процесса с участием стоксозой' компоненты волны накачки, схема которого изображена на рис.3. Результату; расчета коэффициента отражения при 0В2>, .проведенного с учетом указанного процесса •.удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. ■

Четвертая • глава посвящена ' изучению вкладов двухфотонлых электронного и комбицацкогаю.го резонансов. в, нелинейную восприимчивость на частотах стоксовых к антистоксовых компонент ВКР. Взаимодействие комбинационного и ■ электронного двухфотопных резонансов между- собой приводят к интерференции вкладов указанных процессов. -Для исследования этой . интерференции . измерены зависимости порогов первой :антистоксовой . й' второй: стоксовой компонент ВКР от концентрации ионов-а также . Параметры внутрирезонаторного ЕКР-преобразования в . активированных и неактизировЕККых . кристаллах НТВ. В .втой же/главе приведена результаты расчета штерфэренцйи :днухфотоякых' электронного и комбинационного резонансов . в яримесдах комбинационно-активных кристаллах. .'•'.'.'.--

Результаты эксперимектов по исследований влияния, двухфотонного электронного перехода между уровнями иона Ш3+ лХ9/г-(гС,1с,).!/р на пороги первой .антистоксовой и второй стоксрвой компонент Р-КР в кристаллах ,ЮМ(Ш продстаьлвяц в таблице ';-!.

Теоретический анализ- решения-уравнений,.описывающих генерацию антистоксовой компоненты БНР. показал, что порог ■ антистоксовой компоненты определяется модулей., - суммарной • нелинейной восприимчивости. - Как. показано р. третьей • главе., наличие двухфотонного резонанса- й примаси ' изменяет суммарную ,восприимчивость. Это приводит к зависимости порога антистоксовой компоненты от концентрации ионов' М3+.

Эксперименты по - исследованию . влияния . электронного двухфотонкчго резонанса на энергетические характеристики .ВКР в. КГВ-ЛИ при изменении длины водны накачки показали 'резонансный характер этого влияния. Измерения энергетических характеристик внутрирезонаторного ВКР в КГЫ:Ш . и в не активированном КГЬ позволили исследовать воздействие ионов Ш на осевые компоненты ЦКР, генерация которых чувствительна к фазовому рассогласованию

Таблица 2. Результаты измерений порогов 1 антистоксовой и 2 стоксовой компонент ВКР

концентрация ионов ат, % пор а.с. Е пор 2 с.

V пор 1 с. V пор 1 с.

0 1.14 1 .97

3 1 .46 1 .85

7 1.56 1 .69

взаимодействующих волн, определяемому длиной когерентности 1=2х/дк , где лк-кд-^-^-к ( к1-волновые вектора взаимодействующих волн ). Результаты этих экспериментов согласуются с данными, полученными из измерений концентрационной зависимости порогов ВКР-ксмпонент.

В пятой главе приведет! результаты экспериментов по исследованию двухфотонного поглощения из основного состояния ионов неодама методом измерения энергии импульсов люминесценции, возбужденной этим поглощением. В случае КГВ:Ш речь идет о возбуждении люминесценции на переходе ионов неодима

(А. «о 0.9 мкм } двухфотоншм поглощением на переходе л19/г-(2С,лв)7/2 ( К со 1.06 мкм ). Энергия -импульсов указанной люминесценции на длине волны 0.91. мкм измерена при возбуждении цугом пикосекундных импульсов с длиной волны 1.0642 мкм. при температуре жидкого азота и при комнатной температуре. Получены выражения для энергии импульсов люминесценции, возбуждаемой одно-и двухфотоншм поглощением излучения, сфокусированного в исследуемый образец, для случая гауссового пучка накачки. В предположении, что при комнатной температуре люминесценция, в основном, обусловлена однофотонным поглощением (неодкмовый переход > а ПР15 температуре жидкого азота -

двухфотоншм поглощением . (/11д/?->{р-й/0)7/2) исходя из экспериментальных данных оценено значение коэффициента двухфотонного поглощения. Полученная величина коэффициента двухфотонного поглощения удовлетворительно' согласуется с результатами экспериментов, описанных в предыдущих главах.

Основные результата работ»

1. Теоретически показано, что резонансный вклад двухфотонных процессов в коэффициент нелинейного показателя преломления лазерных кристаллов мокет быть по абсолютной величине соизмерим с нерезонансным коэффициентом нелинейного показателя, .преломления и быть как положительным, так и отрицательным и, следовательно, изменением концентрации активатора в средах с соответствующим расположением уровней или возбуждением ВНР в диэлектрической матрице при отстройке от резонанса в пределах ширины линии достигается увеличение (для аффективного получения динамических решеток) или уменьшение (для ослабления самофокусировки) коэффициента нелинейного показателя преломления.

2. Экспериментально, установлено влияние двухфотоншх резонансов на процесс обращения волнового фронта но схеме четырехволнового смешения в кристаллах КГВ:Ш. Показано существенное влияние на ОВФ-ЧВС как. двухсотенного электронного резонансного перехода между уровнями примеси, так и комбинационного перехода кристаллической матрицы, что выражалось, во-первых, в изменении коэффициента отражения более чем в 4 р->за при' изменении концентрации ионов Ш"'1 от 0 до 7 ят.%, ¡ , во-вторых, в том, что при превышении порога ВКР коэффициент 'отражения при ОВФ-ЧВС Возрастает примерно в 2,5 раза.

3. Экспериментально показано, что модуль суммарной нелинейной восприимчивости третьего порядка %(3)(ы; w, <о, w) (где и -частота, соответствующая длине волны гранатового лазера А,=1 .0642 мкм ) уменьшается примерно в два раза при изменении концентрации ионов неодима от О до 7 ат.Ж.

4. Определено влияние ионов неодима на нелинейный показатель преломления кристаллов КГВ:М : при изменении концентрации ионов Nd3+ от 0 до 7 ат.% нелинейный показатель преломлегая изменяет знак с положительного на отрицательный (на длине волны X. = 1.0042 мкм). Это приводит к тому, что при концентрации ионов щ3+ приморно в пт.Ж достигается практически полная компенсация нелинейного показателя преломления на указанной длине волны, что должно приводить к увеличению порога разрушения нтих кристаллов за счет подавлошш мелкомасштабной самофокусировки.

5. Теоретически показано, на основе анализа уравнений, описывающих генерации антистоксовой компоненты при НК)', что порог

антистоксовой компоненты определяется модулем суммарной восприимчивости |х(31| (в отличие от первой стоксовой компоненты, порог которой определяется Тгг1%(3)). Исходя из этого, на основании предположения о влиянии но ВК.Р в КГВ:Ш двухсотенного резонанса в ионах Кс134 из эксперимента по концентрационной зависимости порогов антистоксовой компонента рассчитаны значение восприимчивости х^;', соответствующей неодимовсму резонансу и величина отстройки.от этого резонанса.

6. Экспериментально установлено количественное влияние ионов Кс!3"1 на генерацию осевых компонент ИКР в кристаллах КГВ:№1 при внутрирезонаторном БКР .

7. На основании проведенных экспериментов и выполненных расчетов показано, что изменение концентрации примеси, обладающей двухфотонннм резонансом на частоте накачки, приводит к изменению порогов и энергетических коэффициентов преобразования в высшие стоксовне компоненты ВКР.

8. В кристаллах КС(1(УЮ4)?:Ш3+ экспериментально исследована люминесценция на длине во.гаы 0.91 мкм при возбуждении цугом пикосекундних импульсов с длиной волны 1 .0642 мкм при температуре жидкого азота и при комнатной температуре. В предположетга. что при комнатной температуре эта люминесценция, в основном, обусловлена однофотошгым поглощением (неодимопый переход ^Тц/^^з/?)« п ПР51 температуре жидкого азота -двухфотонннм поглощением (4Тд/.,-(г2,1С)7 ,г) оценена величина коэффициента двухфо то иного поглощения.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. О. А.Козлов,В.И.Копп,Л.В.Михайлов, И.В.Мочалов. Исследование зависимости коэффициентов нелинейного показателя преломления и двухфотонного поглощения на Л,-1.0641 мкм в кристаллах Квй (И0Д) ?: М3 -Ш 'В: Л1 от концентрации ионов неодама //Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции "Оптгаса лазеров".Л.,1990,с.61.

2. В.И.Копп, И.В.Мочалов.. Исследование мощностных зависимостей коэффициент.'! двухфотонного поглощения ионов Ш3+в кристаллах КСсЦКО^)? :Ш3''" на .0641 мкм //Тезисы докладов IX Всесоюзного симпозиума по спектроскопии кристаллов. Л.,1990, с. 91.

3. В.И.Копп, Л.В.Михайлов, И.В.Мочалов. Исследование влияния двухфотонных электронного и комбинационного резонанс.ов на

эффективность отражения при ЧВС пикосекундных импульсов в кристаллах КГВ:Ш //Материалы II Всесоюзной конференции "Обращение волновод- фронта лазерного излучения в нелинейных средах". Минск, 19>.., с. 16-20.

4. ' Н.Р.Белашенков, С.А.Козлов, В.И.Когш, Д.. В. Михайлов, И.В.Мочалов. Влияние двухфотопных электронного к комбинационного резонансов на нелинейный показатель преломления лазерных комбинационна - активных кристаллов. 1. Теоретические опенки //Оптика и спектроскопия, 1991, т.70, N 1, с.67-70.

5. В.И.Когш, Л.В.Михайлов, . И.В.Мочалов, М.М.Хахил вили. Интерференция двухфотонных электронного и комбинационного резонансов в кристаллах КСсЦУЮд)2 :Ш3+-КГВ:Ш // Оптика и спектроскопия, 1991, т.70, N2, с.337-339.

6. В.К.Кош, Л.В.Михайлов, И.В.Мочапов. Исследование веяния двухфотонных электронного и комбинационного резонансов на' эффективность ■ отражения- при ЧВС пйкосекундных импульсов в кристаллах КГВ:Ш //Сборник тезисов докладов XIV Международной

конференции "Когерентная и нелинейная оптика". -Л, 1991, с.32.

•

ЛИТЕРАТУРА

1. Г.Б.Альтшулер, С.А.Козлов //Квантовая электроника, 1905, Т 12, N4, С.698-703.

2. А.рёпгкогег, У\Г.Ка1яег // Арр1.Р£у8.1.еПз, 1972, у.21, N 9, р. 427-430.

3. А.А:Мак, Л.Н.Соме, В.А.Фромзель, В.Е.Яшин Лазеры на неодимовом стекле. М.: Наука, 1990, 288 с.

4. К. Андрюнас,- А. Варила, Ю. Вищакас, Л. В. Михайлов, И.В.Мочалов, Г.Т.Петровский, В. Сирус. Кристаллические активные среда, с высокой кубической нелинейностью //Препринт ИФ- АН Лит. ССР. Вильнюс, 1987, 54 с.

Подписано к печати ¿<¿ _

Формат 60x84/16. Печать офсетная. Усл.печ.л.0,93 . Уч.-изд.л. 0,9- Тираж 100 екя. Заказ И.е-аитг Тип.ГОИ. Бесплатно..