Исследование широкозонных халькогенидных кристаллов для параметрических генераторов света среднего ИК диапазона
Диссертация
В качестве источников излучения накачки для параметрических генераторов целесообразно использование лазерных систем на Кс13+, излучающих вблизи 1 мкм. Эти системы являются технологически наиболее разработанными твердотельными источниками излучения с высокой средней мощностью. С применением диодной накачки на них можно предложить наилучшее сочетание высокой средней мощности излучения и высокой… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ИСТОЧНИКИ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И НЕЛИНЕЙНЫЕ КРИСТАЛЛЫ В СРЕДНЕМ ИК ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА
- 1. 1. Твердотельные источники лазерного излучения в среднем инфракрасном диапазоне
- 1. 2. Оптические нелинейные кристаллы для среднего инфракрасного диапазона
- ГЛАВА 2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ И ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ГЕНЕРАЦИИ СВЕТА
- 2. 1. Модель ангармонического осциллятора
- 2. 2. Тензор оптической восприимчивости среды
- 2. 3. Эффективные нелинейные коэффициенты
- 2. 4. Параметрический генератор света
- ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ LISe, LGS, BGS
- 3. 1. Определение оси симметрии второго порядка в кристалле с точечной группой симметрии mm
- 3. 2. Установление соответствия оси симметрии второго порядка и кристаллооптической системы координат в кристалле BGS
- 3. 3. Определение точечной группы симметрии двухосного кристалла при помощи несинхронной ГВГ
- 3. 4. Эффективность ГВГ в кристалле BGS
- 3. 5. Расчет нелинейных коэффициентов и результаты
- 3. 6. Пороги лучевой стойкости кристаллов в режиме наносекундных импульсов (14 не)
- 3. 7. Пороги лучевой стойкости кристаллов в режиме наносекундных импульсов (1 не)
- 3. 8. Порог лучевой стойкости кристалла LISe в непрерывном режиме
- 3. 9. Порог лучевой стойкости кристалла CdSiP2 и сравнение эффективностей преобразования в различных кристаллах
- 3. 10. Измерение коэффициентов отражения поверхностей кристалла и эффективного коэффициента его остаточных потерь
- ГЛАВА 4. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ СРЕДНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА
- 4. 1. Кристалл LISe из группы литиевых халькогенидов
- 4. 2. Параметрический генератор света на кристалле LISe с накачкой 14-наносекундными импульсами на частоте следования 100 Гц
- 4. 3. Широкозонный кристалл LGS
- 4. 4. Параметрическая генерация света в кристалле LGS с накачкой 8-нс импульсами
- 4. 5. Новый нелинейно-оптический материал для среднего
- ИК диапазона BGS
- 4. 6. Параметрическая генерация в кристалле BGS
Список литературы
- Godard A. 1.frared (2-12 |im) solid-state laser sources: a review // Comptes Rendus Physique, 2007, v. 8, № 10, p. 1100-1128.
- Curl R.F., Capasso F., Gmachl C., Kosterev A.A., McManus В., Lewicki R., Pusharsky M., Wysocki G., Tittel F.K. Quantum cascade lasers in chemical physics // Chemical Phys. Lett., 2010, v. 487, № 1−3, p. 1−18.
- Vodopyanov K.L., Maffetone J.P., Zwieback I., Ruderman W. AgGaS2 optical parametric oscillator continuously tunable from 3.9 to 11.3 fj, m // Appl. Phys. Lett., 1999, v. 75, № 9, p. 1204−1206.
- Petrov V., Schunemann P.G., Zawilski K.T., Pollak T.M. Noncritical singly resonant optical parametric oscillator operation near 6.2 (im based on a CdSiP2 crystal pumped at 1064 nm // Opt. Lett., 2009, v. 34, № 16, p. 2399−2401.
- Kaminskii A.A. Laser crystals and ceramics: recent advances // Laser & Photon. Rev., 2007, v. 1, № 2, p. 93−177.
- Mirov S., Fedorov V., Moskalev I., Martyshkin D., Kim C. Progress in Cr and Fe doped mid-IR laser materials // Laser & Photon. Rev., 2010, v. 4, № 1, p. 21−41.
- Mirov S.B., Fedorov V.V., Martyshkin D.V., Moskalev I.S., Mirov M.S., Gapontsev V.P. Progress in mid-IR Cr and Fe doped II-VI materials and lasers Invited. // Opt. Mat. Express, 2011, v. 1, № 5, p. 898−910.
- Sorokin E., Sorokina I.Т., Mirov M.S., Fedorov V.V., Moskalev I.S., Mirov S.B. Ultrabroad continuous-wave tuning of ceramic Cr: ZnSe and Cr: ZnS lasers // Technical digest on CD-ROM, Advanced Solid State Photonics, San Diego, CA, USA, 2010, paper AMC2.
- Boulon G. Fifty years of advances in solid-state laser materials // Opt. Mat., 2012, v. 34, № 3, p. 499−512.
- Doroshenko M.E., Basiev T.T., Osiko V.V., Badikov V.V., Badikov D.V., Jelinkova H., Koranda P., Sulc J. Oscillation properties of dysprosium-doped lead thiogallate crystal // Opt. Lett., 2009, v. 34, № 5, p. 590−592.
- Бадиков В., Бадиков Д., Дорошенко М. Лазер среднего ИК-диапазона накристалле PbGa2S4:Dy3+ 11 Фотоника, 2010, № 2, с. 8−10.
- Faist J., Capasso F., Sivco D.L., Sirtori C., Hutchinson A.L., Cho A.Y. Quantum cascade laser// Science, 1994, v. 264, № 5158, p. 553−556.
- Bai Y., Slivken S., Darvish S.R., Haddadi A., Gokden В., Razeghia M. High power broad area quantum cascade lasers // Appl. Phys. Lett., 2009, v. 95, № 22, p. 221 104/1−3.
- Gokden В., Bai Y., Bandyopadhyay N., Slivken S., Razeghia M. Broad area photonic crystal distributed feedback quantum cascade lasers emitting 34 W at436 (im // Appl. Phys. Lett., 2010, v. 97, № 13, p. 131 112/1−3.
- Razeghi M., Slivken S., Bai Y., Gokden В., Darvish S.R. High power quantum cascade lasers // New Journal of Physics, 2009, v. 11, p. 125 017/1−13.
- Hugi A., Terazzi R., Bonetti Y., Wittmann A., Fischer M., Beck M., Faist J., Gini E. External cavity quantum cascade laser tunable from 7.6 to 11.4 fim // Appl. Phys. Lett., 2009, v. 95, № 6, p. 61 103/1−3.
- Lee B. G, Zhang H.A., Pflugl C., Diehl L., Belkin M.A., Fischer M., Wittmann A., Faist J., Capasso F. Broadband distributed-feedback quantum cascade laser array operating from 8.0 to 9.8 (im // IEEE Photon. Technol. Lett., 2009, v. 21, № 13, p. 914−916.
- Zhang S.Y., Revin D.G., Cockburn J.W., Kennedy K., Krysa A.B., Hopkinson M. |im room temperature InGaAs/AlAsSb/InP quantum cascade lasers // Appl. Phys. Lett., 2009, v. 94, № 3, p. 31 106/1−3.
- Qin G., Yan X., Kito C., Liao M., Chaudhari C., Suzuki Т., Ohishi Y. Ul-trabroadband supercontinuum generation from ultraviolet to 6.28 jim in a fluoride fiber// Appl. Phys. Lett., 2009, v. 95, № 16, p. 161 103/1−3.
- Giordmaine J.A., Miller R.C. Tunable coherent parametric oscillation in LiNb03 at optical frequencies // Phys. Rev. Lett., 1965, v. 14, № 24, p. 973 976.
- Ebrahim-Zadeh M. Continuous-wave optical parametric oscillators // chapter in Handbook of optics, Volume IV: Optical properties of materials, nonlinear optics, quantum optics (Set). McGraw-Hill Professional, 2009, 1152 p.
- Douillet A., Zondy J.-J. Low-threshold, self-frequency-stabilized AgGaS2 continuous-wave subharmonic optical parametric oscillator // Opt. Lett., 1998, v. 23, № 16, p. 1259−1261.
- Chen W., Cousin J., Poullet E., Burie J., Boucher D., Gao X., Sigrist M.W., Tittel F.K. Continuous-wave mid-infrared laser sources based on difference frequency generation // Comptes Rendus Physique, 2007, v. 8, № 10, p. 1129— 1150.
- Petrov V. Parametric down-conversion devices: the coverage of the mid-infrared spectral range by solid-state laser sources // Opt. Mater., 2012, v. 34, № 3, p. 536−554.
- Chen W., Mouret G., Boucher D. Difference-frequency laser spectroscopy detection of acetylene trace constituent // Appl. Phys. B, 1998, v. 67, № 3, p. 375−378.
- Pasiskevicius V., Stromqvist G., Laurell F., Canalias C. Quasi-phase matched nonlinear media: progress towards nonlinear optical engineering // Opt. Mat., 2012, v. 34, № 3, p. 513−523.
- Tyazhev A., Vedenyapin V., Marchev G., Yelisseyev A., Isaenko L., Starikova
- М., Lobanov S., Petrov V. Mid-IR optical parametric oscillator based on Li-GaS2 // in CLEO/Europe and EQEC 2011 conference digest, OS A Technical Digest (CD), 2011, paper CDP15.
- Jackson A.G., Ohmer M.C., LeClair S.R. Relationship of the second order nonlinear optical coefficient to energy gap in inorganic non-centrosymmetric crystals // Infrared Phys. & Technol., 1997, v. 38, № 4, p. 233−244.
- Dmitriev V.G., Gurzadyan G.G., Nikogosyan D.N. Handbook of nonlinear optical crystals. Springer, 1999, 413 p.
- Давыдов А.А., Кулевский JI.А., Прохоров A.M., Савельев А. Д., Смирнов B.B. Параметрическая генерация на кристалле CdSe с накачкой от лазера на CaF2:Dy2+ // Письма в ЖЭТФ, 1972, т. 15, в. 12, с. 725−727.
- Allakhverdiev K.R., Yetis М.О., Ozbek S., Baykara Т.К., Salaev E.Yu. Effective nonlinear GaSe crystal. Optical properties and applications // Las. Phys., 2009, v. 19, № 5, p. 1092−1104.
- Allakhverdiev K.R., Baykara Т., Joosten S., Giinay E., Kaya A.A., Kulibekov (Gulubayov) A., Seilmeier A., Salaev E.Yu. Anisotropy of two-photon absorption in gallium selenide at 1064 nm // Opt. Comm., 2006, v. 261, № 1, p. 60−64.
- Petrov V., Badikov V., Panyutin V. Quaternary nonlinear optical crystals for the mid-infrared spectral range from 5 to 12 |um // chapter in Mid-infrared coherent sources and applications, Ebrahim-Zadeh M., Sorokina I.T., 2007, Spinger, 625 p.
- Voronin E.S., Solomatin V.S., Cherepov N.I., Shuvalov V.V., Badikov V.V., Pivovarov O.N. Conversion of infrared radiation in an AgGaS2 crystal // So. J. Quant. Electron., 1975, v. 5, № 5, p. 597−598.
- Schunemann P.G. Improved NLO crystals for mid-IR laser applications // Proc. SPIE, 2007, v. 6455, p. 64550R/1−7.
- Dergachev A., Armstrong D., Smith A., Drake Т., Dubois M. High-power, high-energy ZGP OPA pumped by a 2.05-(im Ho: YLF MOPA System // Proc. SPIE, 2008, v. 6875, p. 687 507/1−10.
- Smith A.V., Armstrong D.J. Nanosecond optical parametric oscillator with 90° image rotation: design and performance // J. Opt. Soc. Am. B, 2002, v. 19, № 8, p. 1801−1814.
- Dergachev A., Armstrong D., Smith A., Drake T., Dubois M. 3.4-|um ZGP RISTRA nanosecond optical parametric oscillator pumped by a 2.05-|j.m Ho: YLF MOP A system // Opt. Express, 2007, v. 15, № 22, p. 14 404−14413.
- Armstrong D.J., Smith A.V. 90% pump depletion and good beam quality in a pulse-injection-seeded nanosecond optical parametric oscillator // Opt. Lett., 2006, v. 31, № 3, p. 380−382.
- Lee H.R., Yu J., Barnes N.P., Bai Y. High pulse energy ZnGeP2 singly resonant OPO // Advanced solid-state photonics, OSA technical digest, 2004, paper TuC3.
- Pomeranz L.A., Ketteridge P.A., Budni P.A., Ezzo K.M., Rines D.M., Chicklis
- E.P. Tm: YA103 laser pumped ZGP mid-IR source // Advanced solid-state photonics, OSA Trends in optics and photonics, 2003, v. 83, p. 142−156.
- Allik T.H., Chandra S., Rines D.M., Schunemann P.G., Hutchinson J.A., Utano R. Tunable 7−12-|im optical parametric oscillator using a Cr, Er: YSGG laser to pump CdSe and ZnGeP2 crystals // Opt. Lett., 1997, v. 22, № 9, p. 597−599.
- Segura M., Mateos X., Tyazhev A., Pujol M.C., Carvajal J.J., Aguilo M., Diaz
- F., Griebner U., Petrov V. Passive-switching of a diode-pumped (Tm, Yb):KLu (W04)2 laser near 2-(i, m with a Cr: ZnS saturable absorber // Proc. SPIE, 2012, v. 8235, paper 82351U.
- Terry J.A.C., McEwan K.J., Payne M.J.P. A tandem OPO route to the mid-IR // Advanced solid state lasers, OSA trends in optics and photonics series, 1998, v. 19, paper FC4.
- Arisholm G., Lippert E., Rustad G., Stenersen K. Efficient conversion from 1 to 2 |im by a KTP-based ring optical parametric oscillator // Opt. Lett., 2002, v. 27, № 15, p. 1336−1338.
- Phua P.B., Tan B.S., Wu R.F., Lai K.S., Chia L., Lau E. High-average-power mid-infrared ZnGeP2 optical parametric oscillator with a wavelengthdependent polarization rotator // Opt. Lett., 2006, v. 31, № 4, p. 489−451.
- Lancaster D.G. Efficient Nd: YAG pumped mid-IR laser based on cascaded KTP and ZGP optical parametric oscillators and a ZGP parametric amplifier // Opt. Comm., 2009, v. 282, № 2, p. 272−275.
- Vodopyanov K.L., Schunemann P.G. Broadly tunable noncritically phase-matched ZnGeP2 optical parametric oscillator with a 2-|iiJ pump threshold // Opt. Lett., 2003, v. 28, № 6, p. 441143.
- Henriksson M., Sjoqvist L., Stromqvist G., Pasiskevicius V., Laurell F. Tandem PPKTP and ZGP OPO for mid-infrared generation // Proc. SPIE, 2008, v. 7115, p. 711 500/1−10.
- Ammann E.O., Yarborough J.M. Optical parametric oscillation in proustite // Appl. Phys. Lett., 1970, v. 17, № 6, p. 233−235.
- Fan Y.X., Eckardt 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.
- Бадиков B.B., Дон A.K., Митнн K.B., Серегин A.M., Синайский В. В., Ще-бетова Н. И. Оптический параметрический генератор на кристалле HgGa2S4 // Квант, эл., 2003, т. 33, № 9, с. 831−232.
- Бадиков В.В., Дон А.К., Митин К. В., Серегин A.M., Синайский В. В., Ще-бетова Н. И. Оптический параметрический генератор на кристалле Hgi xCdxGa2S4 // Квант, эл., 2005, т. 35, № 9, с. 853−856.
- Zondy J.-J., Vedenyapin V., Yelisseyev A., Lobanov S., Isaenko L., Petrov V. LiInSe2 nanosecond optical parametric oscillator // Opt. Lett., 2005, v. 30, № 18, p. 2460−2462.
- Hanna D.C., Luther-Davies В., Smith R.C. Singly resonant proustite parametric oscillator tuned from 1.22 to 8.5 (im // Appl. Phys. Lett., 1973, v. 22, p. 440−442.
- Tyazhev A., Marchev G., Vedenyapin V., Kolker D., Yelisseyev A., Lobanov S., Isaenko L., Zondy J.-J., Petrov V. LiInSe2 nanosecond optical parametric oscillator tunable from 4.7 to 8.7 (im // Proc. SPIE, 2010, v. 7582, p. 75820E.
- Isaenko L., Yelisseyev A., Lobanov S., Krinitsin P., V. Petrov V., Zondy J.-J. Ternary chalcogenides LiBC2 (B = In, Ga- С = S, Se, Те) for mid-IR nonlinear optics // J. Non-Crystalline Solids, 2006, v. 352, № 23−25, p. 2439−2443.
- Кузьмин O.B., Мартынов A.A., Панютин В.JI., Чижиков В. И. Введение в прикладную нелинейную оптику. Кубан. гос. ун-т, 1999, 280 с.
- Shen Y.R. The principles of nonlinear optics. A John Wiley & sons inc., 2003, 576 p.
- Boyd R.W. Nonlinear optics. Academic press, 2008, 640 p.
- Brosnan S.J., Byer R.L. Optical parametric oscillator threshold and linewidthstudies // J. Quant. Electron., v. 15, № 6, 1979, p. 415−430.
- Федоров Ф.И., Филиппов B.B. Отражение и преломление света прозрачными кристаллами. Минск: Наука и техника, 1976, 224 с.
- Кузьмин О.В., Мартынов А. А., Панютин В. Л., Чижиков В. И. Основы кристаллооптики. Линейные эффекты. Краснодар, 1997, 176 с.
- ISO Standard 11 254−2, Determination of laser-induced damage threshold of optical surfaces part 2: S-on-1 test. 2001.
- Zawilski K.T., Setzler S.D., Schunemann P.G., Pollak T.M. Increasing the laser-induced damage threshold of single-crystal ZnGeP2 // J. Opt. Soc. Am. B, 2006, v. 23, № 11, p. 2310−2316.
- Частная переписка с Штёплером Г., Айхорном М. и Хильденбранд А.
- Chemla D.S., Kupecek P.J., Robertson D.S., Smith R.C. Silver thiogallate, a new material with potential for infrared devices // Opt. Comm., 1971, v. 3, № l, p. 29−31.
- Isaenlco L., Vasilyeva I., Yelisseyev A., Lobanov S., Malakhov V., Dovlitova L., Zondy J.-J., Kavun I. Growth and characterization of LiInS2 single crystals // J. Crystal Growth, 2000, v. 218, № 2−4, p. 313−322.
- Petrov V., Yelisseyev A., Isaenko L., Lobanov S., Titov A., Zondy J.-J. Second harmonic generation and optical parametric amplification in the mid-IR with orthorhombic biaxial crystals LiGaS2 and LiGaSe2 // Appl. Phys. B, 2004, v. 78, № 5, p. 543−546.
- Lin X., Zhang G., Ye N. Growth and characterization of BaGa4S7: a new crystal for mid-IR nonlinear optics // Cryst. Growth & Design, 2009, v. 9, № 2, p. 1186−1189.