SU517967A1 - Преобразователь частоты излучени - Google Patents

Abstract

Ь ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ, выполненный из нелинейного кристалла в виде четырехграннойпр мой призмы с основани ми, параллельными главной плоскости кристалла >&, содержащей две главные диэлект-' рические оси Х^иХ:, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  эффективности преобразовани , входна  грань кристалла расположена относительно оси Х^, от которой отсчитываетс  угол фазового согласовани  0; , так, чтобы угол V^^ между этой осью и нормалью к входной грани был равен?

Description

(If-tlr-t ft-f

Claims (2)

1/2

где . ,6 J к главные значени 

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

3.Преобразователь по п,1, отличающийс  тем, что его боковые грани выполнены перпендикул р;но главной диэлектрической оси Х кристалла, если угол фазового согласовани  больше величины угла полного внутреннего отражени  эг дл  той из основных или преобразованных волн, которой соответствует наименьший показатель преломлени  при распространении их пдоль направлени  фазового согласовани .

i

4.Преобразователь по п. 1, о т ли чающийс  тем, что его боковые грани выполнены параллельно направлению Фазового согласовани . Изобретение относитс  к области нелинейной оптики и может быть использовано в промышленной квантовой элсктройике при преобразовании частоты излучени  ОКГ, например, при умножении частот, генерации суммарных и разностных частот и т.д. Известен преобразователь частот -. излучени  из пьезоэлектрического кристалла5 выполненный, форме четырехгранной призмы, основани  которой совпадают с главной ипоскостью кристалла и имеют форму параллелограмма,, а боковые грани  вл ютс  гран ми полного внутреннего отра кени 5 причем преобразуемое излучение падает нормально на входную грань призмы В оптически одноосном кристалле главна  плоскость содержит оптическую ось, а в оптически двуосном - две главные диэлектрические оси. Указалшый преобразователь служит дл  иресбразовани  частоты непол ризованного излученн  по способу , если он изготовлен из оптически отрицательного крис1алла ,юти по способу ео™., о, если он изготовлен из оптически положительного кристалла. .Известно, что в спучае преобразовани  частоты нз.пзчвний которые в преобразователе распростран ютс  как обыкновенные и необыкновенные волны (HanpPiMep, тши ео в а аимо дей с тв и ) им е. е т м е ст о нежелательный апертурный эффект вследствие несовпадени  направлени  распространени  энергии этих волн, В известном устройстве указанный недос . таток частично устран етс  тем, что, поскольку направлени  векторов фазовой нормали Пд и „туча SQ отрахгенной необыкновенной волны в отличие от обыкновенной завис т ст углов падени на боковую -Грань, показателей преломлени  кристалла и ориентации этой грани относительно главных диэлектри ческих осей, то оказьшаетс  возможны не только совместить направлени  век торов отраженных лучей Sg и So дл  необыкновенной и обыкновенной волн. но и выполнить условие векторного фа зового согласовани  дл  преобразовани  частоты излучени . Это достигает с  выбором величины острого угла оС между одной из главных диэлектрических осей кристалла и боковой гранью преобразовател  и угла j3 при одной из вершин па.раллело грамма. Углы оС rt j3 в свою очередь определ ютс  значением угла 9 ме7эду одной из диэлектрических осей кристалла и коллинеартн ми лучами So и Sg. Однако вследствие того, что коллиттеарность лучей So и Sg обыкновенньк и необыкновенных волн на основной частоте достигаетс  на боковой грани, т,е, после прохождени  некоторого участка пути между входной гранью и боковой, где эти лучи не колликеарны , а следовательно 3 пучки обык1-ювенны:к I необыкновенных вол;: расход тс  и не совпадают уже полносгыо в пространстве в такой степени, котора  определ етс  величиной угла двулучепрйломлени  кристалла и длиной этого пути, тр происходит лишь частичное )анение нежелательного апертурного эффекта, таге как совмеп::гие лучей So и Sg на боковой 1рани не дает возможности дальнейшему увели гению степени несовпадени  пучков обыкновенттых и необьккноиекных волн. Поскольку коллинеарность лучей BO и S обыкновенных и .кнопеннгз1Х волн на основной частоте достигаетс  внутри кристалла при отражении от боковой грани и /1ишь после этой грани волны распро ст шн ютс  в направлении фазового согласовани , то рабочим участком, иа котором происходит тфеобразование частоты излученн ,  вл етс  отрезок пути, проходимый излучением мелоду боковыми гран ми. На других-отрезках пугн излучени  в кристалле преобразование частоты излучени  не происхо/диг , Кроме этого, на выходе из кристалла пучок непреобразованного излучени  измен ет свою структуру и поперечные размеры в ШТОСРСОСТК, в которой происходит снос энергии в сторону дл  необыкновенной волны в кристалла Этс зачастута приводит к затруднени м при дальнейшем использовании не-преобразованного излучени  (например , при каскадном преобразовании). I Целью изобретени   -вл етс  разработка такого оптического преобразовател  частоты, у которого при одновременном полном устранении нежелательных апертурных эффектов преобразование частоты излучени  происходило бы на всем пути, который проходит преобpaiyeMoe излучение внутри преобразовател . Тем самым при одинаковых габаритг .х предлагаемого устройства и прототипа повышаетс  КПД процесса преобразовани . Эта цель достигаетс  THKHJ-J выбором угла падени  излучени  на входную грань преобразовател  и положени  этой грани от.чосительно главр1ой диэлектрической оси кристалла, от которой отсчитываетс  угол фазового согласоваки  (в схгучае одноосного кристалла оптической оси), что преобразуемое излучение распростран етс  на всем пути внутри преобразовател  под углом Фазового согласовани 5 причем лучевые векторы преобразуемых волн остаютс  все врем  колл5- неарными. На фиг.1-3 дан предложенный преобразователь частоты излучени . Здесь: 1 и 2 - боковые грани преобразовател  3 .и 4 - соответственно входна  и выходна  грани преобразовател , 00, и 00 - главные диэлектрические оси кристалла, 00 - оптичес|с ,а  ось в случае одноосного кристалла , J3 - угол падени  преобразуемого излучени  на входную грань, 0 - угол фазового согласовани , - угол между оптической осью кристалла и нормалью к входной и выходной гран м. iia фиг.1 показан ход лучей обыкновенных и необыкновенных волн на основной частоте, когда боковые грани 1 и 2 преобразовател  параллельны направлению фазового согласовани , а на фиг.2 и 3 - когда эти грани  вл ютс  гран ми полного внутреннего отражени  и либо перпендикул рны, либо параллельны главной диэлектрической

§11 tfi lL rjlli L :- l 2s J ™ ftl

V arctg - БТ, (; - j ) , jVz if

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

Это требование определ ет угол Ч между главной оптической осью кристалла Х и нормалью к входной и выходной гран м преобразовател :

носительно входной 3 и выходной 4 граней определитс  в этом случае, исход  из конкретных условий,, например размерами кристалла, его внешней формой, расположением его диэлектрических осей относительно естественных граней и т.д. У преобразовател  а фиг.1 боковые грани 1 и 2 выполньлы параллельно направленз-шз фазового согласовани . У преобразователей на фиг.2 и 3 грани 1 и 2 выполнены в виде граней полного внутреннего отражени  и должны быть либо параллельны главной диэлектрической оси кристалла , от которой отсчитываетс  угол фа76 оси кристалла 00 (в случае одноосного кристалла - оптической оси 00 ), от которой отсчитываетс  угол фазового согласовани  & (на чертежах эти грани перпендикул рны оси 00,., /00). Преобразователь частоты излучени  выполнен в виде четырехгранно пр мой призмы, противолежащие грани которой параллельны друг другу, при5ем грани 1 и 2  вл ютс  боковыми, 3 и 4 взсодной и выходной гран ми, а основани  призмы параллельны глазной плоскости кристалла, содер саи ей в себе в случае оптически одноосного кристалла оптическую ось 00 , ав случае оптически двуосного кристалла - две главные диэлектрические оси OOf и OOg, Входна  3 и выходна  А грани располагаютс  образом, чтобы угол между нормалью к этим гран м и оптической осью кристалла (или главной диэлектрической осью, от которой отсчитываетс  угол фазового согласовани , дл  двуосного кристалла) удовлетвор л условию равенства тангенциальных составл ющих векторов рефракции обыкновенных и необыкновенных воли в кристалле при Распространении их вдоль направлени  векторного фазового согласовани  и

зового согласовани  € (в случае одноосного кристалла - оптической оси), если угол & при преобразовании излучени  с коллинеарными внvтpи и еобразовател  лучами So и Sp меньше вели- , чины (5/72 -эе), где эе - угол полного внутреннего отражени  дл  той из преобразованной или основных волн, которой соответствует наименьший показатель преломлени  при распространении их вдоль направлени  фазового согласовани , либо перпендикуд рны этой оси кристалла, если угол фазового согласовани  в больше величины зе. При этом преобразователь на фиг.2 соответствует четному числу отражений от граней полного внутреннего отражени  1 и 2, а на фиг.З - нечетному . Например, в случае преобразова , ни  частоты излучени  неодимового ОКГ во вторую гармонику на кристалле КДР по способу ое е угол фазового согласовани  равен 0 59 32 ..Угол между оптической осью и нормал ми к входной 3 .и выходной 4 гран м составл ет 70°37 . Угол, падени  fl излучени  неодимового ОКГ на входную грань 3 должен быть равным 1640 . Зна  эти величины и исход  из требований практики, выбираетс  один из трех видов предлагаемого преобразовател , показанный на фиг,1, 2 и 3 Работа преобразовател  осуществл етс  следующим образом. Преобразуемое излучение падает по углом р на грань 3,и после преломлени  внутри кр1гсталла распростран ютс обыкновенные и необыкновенные волны с параллельными лучевыми векторами So и &е, которые образуют угол фазового согласовани  в с главной диэлектрической осью кристалла 00 (в случае одноосного кристалла - оптической осью 00 ). При этом в кристал ; ле будет осуществл тьс  процесс нелинейного частотного преобразовани . Если преобразователь изготовлен, как указано на фиг.1, то основное и преобразованное излучени  падают на выходную грань 4 и выход т из преобразовател . Если же преобразователь устроен, как показано на фиг.2 или 3, то, поскольку главна  диэлектрическа  ось, от которой отсчитываетс  угол фазового согласовани  (в слу /в чае одноосного - кристалла - оптичес ка  ось) , лежит в плоскости пал.еии .

и либо перпендикул рна, либо параллельна гран м 1 и 2, после полного внутреннего отражени  на грани 1 лучевые векторы обыкновенных и необыкновенных волн на основной частоте останутс  параллельными друг с другом, а эти волны будут распростран тьс  по-прежнему в направлении векторного фазового согласовани . Аналогичное произойдет на грани

2. Число полных внутренних отражений на гран х 1 и 2 может быть любым и определ етс  размерами кристалла. Из всего сказанного следует, что на всем пути распространени  излучени  в преобразователе будет происходить процесс преобразовани  частоты, причем нежелательный апертурный эффект будет устранен. Излучение на основой частоте выходит из преобразовател  под углом к нормали к выходной грани 4, рч-вным углу падени  р на входную грань 3, Выходна  грань 4 может служить и входной гранью , а грань 3 будет в этом случае выходной гранью. Следует отметить, что, поскольку в преобразователе частоты направлени  распространени  энергии обыкновенных и необыкновенных волн совпадают, то на выходе структураи поперечные размеры пучка излучени  будут идентичными с размерами пучка на входе в преобразователь . Это позвол ет использовать далее непреобразованное излучение , например, дл  каскадного преобразовани  . Вследствие несовпадени  направлени  распространени  энергии волны преобразованного излучени  с направлением распространени  энергии обыкновенных и необыкновенных волн основного излучени  внутри преобразовател  при соответствующих его размерах и поперечных размерах пучка основного излучени  может достигатьс  пространственное разделение преобразованного и основного излучений. Это дает возможность в некоторых случа х помещать предлагаемый преобразователь частоты внутрь резонатора ОКГ с глухими зеркалами, и выводить преобразованное излучение из резонатора без использовани  обычно употребл емых дисперсионных, селективно отражающих и других элементов, что значительно уменьшает потери преобразованного излучени  .

9 US. /