ES2302425B1 - Divisor de haz de luz generador de segundos armonico integrado en un cristal doblador de frecuencia. - Google Patents
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Abstract
Divisor de haz de luz generador de segundos
armónico integrado en un cristal doblador de frecuencia. La presente
invención hace referencia al desarrollo de un dispositivo óptico
capaz de generar, de forma no colineal, dos o más segundos
armónicos de forma simple a partir de un haz incidente de alta
intensidad continuo o pulsado de frecuencia fundamental.
Description
Divisor de haz de luz generador de segundos
armónico integrado en un cristal doblador de frecuencia.
La presente invención hace referencia al
desarrollo de un dispositivo óptico capaz de generar, de forma no
colineal, dos o más segundos armónicos de forma simple a partir de
un haz incidente de alta intensidad continuo o pulsado de frecuencia
fundamental.
Los divisores de haz son dispositivos ópticos
ampliamente empleados para la obtención de dos o más haces a partir
de otro incidente preservando ciertas propiedades de éste (longitud
de onda, coherencia...).
La división de un haz puede realizarse mediante
la separación del frente de onda (usando biprismas o bilentes), o
bien separando la amplitud del haz en cada punto, (usando láminas
semirreflejantes o redes de difracción). Este tipo de sistemas
mantiene la coherencia del haz dividido, pudiéndose generar
fenómenos interferenciales cuando se trabaja con pulsos de luz de
larga duración (picosegundo nanosegundo o más).
Uno de los problemas más comunes en este tipo de
sistemas es la generación de haces secundarios. Estos haces
secundarios son producto de reflexiones internas del haz incidente
primario dentro del material constituyente del divisor. Este tipo
de radiación secundaria constituye en sí mismo un problema en
aplicaciones ópticas porque afecta negativamente a las
características temporales de los haces primarios.
Por otro lado el proceso de generación del
segundo armónico es un efecto bien conocido desde los inicios de la
tecnología láser como es mencionado por R. W. Boyd,
Non-linear Optics, Academic Press (1992). Este
fenómeno consiste en; partiendo de radiación de una determinada
frecuencia (armónico fundamental), generar radiación de frecuencia
doble de la inicial (segundo armónico). Desde un punto de vista
teórico este efecto puede entenderse como la combinación de dos
fotones de armónico fundamental para generar un fotón de frecuencia
doble.
Experimentalmente la generación de segundo
armónico conlleva problemas técnicos relacionados con el ajuste de
fase de las radiaciones fundamental y segundo armónico.
Históricamente el ajuste en fase de los haces se
ha conseguido utilizando dos tipos de sistemas:
- a)
- Utilizando las propiedades de birrefringencia de determinados cristales anisótropos cortados en orientación adecuada.
- b)
- Usando técnicas de quasi-ajuste de fase en materiales orientados periódicamente.
La generación del segundo armónico se obtiene
mediante la utilización de geometrías colineales, en general más
sencillas y eficientes, en las que se utiliza un único haz láser
incidente, produciéndose a partir de él un segundo armónico que se
propaga prácticamente en la misma dirección que el haz primario. No
obstante los montajes en los cuales dos haces láser inciden
formando un ángulo determinado tienen en la actualidad gran interés
por la posibilidad de igualar las velocidades de fase y de grupo en
el caso de trabajar con haces pulsados, tal y como es descrito por
T. Zhang, H. Choo and M. Downer, Appl Opt. 29, 3928
(1990).
Lo anteriormente expuesto obliga a emplear
varios sistemas ópticos alineados para la obtención de varios haces
de segundo armónico, lo que implica por otra parte la pérdida de
eficiencia del sistema por incremento de las reflexiones indeseadas,
o bien pérdidas de energía en órdenes de difracción no deseados en
el caso de utilizar elementos
difractivos.
difractivos.
El sistema propuesto evita en gran medida estos
defectos al llevar integrado el sistema divisor de haz dentro del
propio cristal doblador.
Un primer aspecto de la invención se refiere a
un dispositivo óptico capaz de producir y separar haces de segundo
armónico generados por ajuste de fase no colineal en donde dicho
sistema está caracterizado por tener un láser como fuente de luz de
frecuencia fundamental que incide sobre un dispositivo óptico
formado por un cristal doblador de frecuencia de alto coeficiente no
lineal, que ha sido cortado para generar haces de segundo armónico
por ajuste de fase no colineal entre varios órdenes de difracción,
y una red de difracción constituida por un patrón de trazos
grabados en la superficie de entrada del cristal doblador de
frecuencia y que genera los órdenes de difracción referidos (en
adelante dispositivo de la invención).
En un aspecto preferido, la invención se refiere
al dispositivo óptico basado en, por ejemplo y sin limitamos a, un
cristal doblador de frecuencia de alto coeficiente no lineal (Chang
Wang-Tiu, Physical Serie, 35, 1661 (1971)),
de dihidrógeno fosfato potásico (KDP), niobiato de litio (LN),
borato de litio (LBO) borato de bismuto (BBO), fosfato de titanio
rubidio (RTP) o fosfato potásico de titanio (KTP).
En un aspecto aun más preferido la invención se
refiere a la estructura de la red de difracción que ha sido grabada
en el cristal doblador de frecuencia formando un patrón de líneas
equiespaciadas. En una realización aún más preferida de la
invención la red de difracción ha sido construida en la superficie
de entrada del cristal mediante técnicas de ablación en la
superficie del cristal doblador de frecuencia o por técnicas de
daño óptico en el interior del cristal.
En un segundo aspecto la invención se refiere al
método de fabricación de la red de difracción que se integra en el
cristal doblador de frecuencia (en adelante método de la
invención). Dicha red es fabricada por ejemplo mediante un proceso
de un solo paso por micro-mecanización por láser de
femtosegundo, que simplifica el método de producción tal y como se
muestra en el ejemplo 1.
En un tercer aspecto de la invención se refiere
al uso del dispositivo óptico de la invención para la generación de
haces no colineales de segundo armónico y en un aspecto preferido
la invención se refiere a la generación de patrones
interferenciales formados a partir de haces de segundo armónico
generados por el dispositivo óptico de la invención en el que se
emplea un haz láser de pulsos ultracortos (femtosegundos) como luz
incidente.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva del
dispositivo óptico de la presente invención, donde (11) es el haz
de luz incidente, (12) es la red de difracción grabada, (13) es el
cristal doblador de frecuencia, (14) son los haces de luz de
frecuencia fundamental difractados y (15) son los haces de segundo
armónico no colineales generados.
La figura 2 muestra el sistema empleado para
hacer interferir segundos armónicos mediante un montaje simétrico,
donde (12) es la red de difracción grabada, (13) es el cristal
doblador de frecuencia, (14) son los haces de luz difractados, (15)
son los haces de segundo armónico generados, (16) es el haz
incidente pulsado, (17) segundos armónicos pulsados generados, (18)
es la lente convergente, (19) es el diafragma y (20) es el patrón
de interferencias producidas por haces pulsados.
La presente invención no está limitada a las
especificaciones particulares de las mismas ya que pueden hacerse
variaciones de las especificaciones particulares y estar todavía
dentro del ámbito de la misma.
También debe entenderse que la terminología
empleada es con el propósito de describir los detalles específicos
y no pretende ser limitante.
Los términos empleados hacen referencia a los
elementos que un experto en la materia entendería dentro del campo
de la invención.
Un cristal de KPD con dos caras pulidas de 2 mm
de espesor y cortado para ajuste colineal de fase a 796 nm en
incidencia normal (eje c a \theta = 44.9°) fue utilizado como
sustrato para grabar una red de difracción en su superficie. Se
grabó en él una red de difracción formada por canales de ablación
con un diámetro de entrada de 6.0 \pm 0.5 \mum, profundidad
inferior a 10 \mum y una separación entre ellas de 12 \mum tanto
para la dirección del eje x como para la dirección del eje y. Más
específicamente la grabación de la red de difracción se realizó
utilizando un láser de Ti:Zafiro con anclaje de modos (mode
locking) que emite pulsos de 110 femtosegundos de duración, con
longitud de onda central \lambda = 796 nm, y frecuencia de
repetición de 1 kHz, que se enfocó en la superficie a grabar usando
una lente de 10 aumentos de forma que la fluencia en el foco era de
1.0 J/cm^{2}.
Un cristal manufacturado según el ejemplo 1 fue
utilizado como dispositivo óptico generador de haces de segundo
armónico no colineales. La figura 1 muestra una fuente de luz láser
(9) de Ti:sapphire por medio del cual se genera un haz de
frecuencia fundamental (\lambda = 796 nm) no enfocado que tras
pasar por una telescopio 1:4 (10) producía un haz de 300 mW de
potencia y polarizado perpendicularmente al plano de incidencia
(11) que incidía con un ángulo \theta y que al incidir mas
específicamente a \theta = -0.7°, genera dos haces de segundo
armónico por ajuste de fase no colineal entre los órdenes 0 y \pm
1 de la red, separados 4.3°.
Un dispositivo óptico manufacturado según el
ejemplo 2, en el que la fuente láser era pulsada emitiendo pulsos
de 110 femtosegundos de duración temporal, se utilizó como sistema
generador de patrones interferenciales a partir de dos haces de
segundo armónico generados de forma no colineal. Los haces pulsados
de segundo armónico generados son coherentes entre sí y se propagan
simétricamente lo que permite a través de una lente convergente
(18) y un diafragma (19) para eliminar los pulsos remanentes,
generar un patrón interferencia) de pulsos interferenciales
(20).
Claims (6)
1. Dispositivo óptico capaz de producir y
separar haces de segundo armónico generados de forma no colineal a
partir de un haz láser intenso empleado como fuente
caracterizado por integrar un cristal doblador de frecuencia
de alto coeficiente no lineal, que es cortado para tener ajuste de
fase no colineal entre varios órdenes de difracción, y una red de
difracción constituida por un patrón de rayas grabadas en el
cristal doblador de frecuencia que genera los citados órdenes de
difracción.
2. Dispositivo óptico según la reivindicación 1,
donde la red de difracción ha sido grabada utilizando técnicas de
micro-mecanizado con pulsos de femtosegundo en la
superficie del cristal.
3. Dispositivo óptico según reivindicación 1,
donde la red de difracción ha sido grabada utilizando técnicas de
micro-mecanizado con pulsos de femtosegundo en el
interior del cristal doblador de frecuencia cercano a la superficie
del mismo por daño óptico.
4. Dispositivo óptico según cualquiera de las
reivindicaciones 2 o 3, donde el haz láser es un haz láser intenso
y continuo que genera haces de segundo armónico simultáneos bien
separados.
5. Dispositivo óptico según cualquiera de las
reivindicaciones 2 o 3, donde el haz láser es un haz láser pulsado
intenso que genera múltiples segundos armónicos coherentes con
frentes de pulsos simultáneos.
6. Dispositivo óptico según la reivindicación 5,
unido a una lente convergente y a un diafragma, generador de
fenómenos interferenciales a partir de los pulsos de segundo
armónico producidos.
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| ES200601003A ES2302425B1 (es) | 2006-04-20 | 2006-04-20 | Divisor de haz de luz generador de segundos armonico integrado en un cristal doblador de frecuencia. |
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| ES2302425A1 ES2302425A1 (es) | 2008-07-01 |
| ES2302425B1 true ES2302425B1 (es) | 2009-05-08 |
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| Country | Link |
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| ES (1) | ES2302425B1 (es) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5715092A (en) * | 1994-06-29 | 1998-02-03 | Eastman Kodak Company | Ferroelectric light frequency doubler device with a surface coating and having an inverted domain structure |
-
2006
- 2006-04-20 ES ES200601003A patent/ES2302425B1/es active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5715092A (en) * | 1994-06-29 | 1998-02-03 | Eastman Kodak Company | Ferroelectric light frequency doubler device with a surface coating and having an inverted domain structure |
Non-Patent Citations (3)
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| KAWAGUCHI, T. et al. Fabrication of thin-film waveguide QPM-SHG devices by domain-inverted liquid-phase epitaxy. Journal of Crystal Growth 191 (1998) 125-129. * |
| MENDEZ, C. et al. Integrated-grating-induced control of second- harmonic beams in frequency-doubling crystals. Opt Lett. 2005 Oct 15; 30(20):2763-5. * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2302425A1 (es) | 2008-07-01 |
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