Физика/7. Оптика.

Д.ф.-м.н. Касумова Р.Дж., к.ф.-м.н. Керимова Н.В.

Бакинский государственный университет, Азербайджан,

AZ1148, Баку, ул. акад. З. Халилова, 23; e-mail: rkasumova@azdata.net

Эффективное внутрирезонаторное частотное преобразование в многослойных доменных структурах

В последнее время интенсивно ведутся теоретические и экспериментальные исследования слоистых доменных структур [1-2]. Преимуществом подобных структур является возможность реализации фазового согласования между взаимодействующими волнами даже тогда, когда условия обычного фазового синхронизма не выполняются.

Как известно, одним из способов эффективного преобразования лазерной частоты является внутрирезонаторное преобразование. При этом генерация основного излучения и нелинейное частотное преобразование составляют единый процесс. По этой причине фазовые изменения взаимодействующих волн в пределах одного и того же резонатора напрямую влияют на эффективность преобразования. Отсюда теоретическое исследование внутрирезонаторного частотного преобразования целесообразно проводить в приближении, учитывающем изменения фаз всех взаимодействующих волн.

В настоящей работе докладывается о результатах теоретического анализа квазисинхронного внутрирезонаторного взаимодействия оптических волн в процессе сложения частот в приближении заданной интенсивности, одновременно учитывающем потери и изменения фаз взаимодействующих волн [3-7].

Рассмотрим доменную структуру, образованную из инвертированных

слоев-доменов с квадратичной нелинейностью, размещённую внутри лазерного резонатора. Предполагается, что роль отражательных поверхностей резонатора слева и справа играют боковые поверхности доменной структуры. При внутрирезонаторном размещении доменной структуры после отражения от зеркала лазерного резонатора прохождение волн в обратном направлении сопровождается дальнейшим увеличением эффективности преобразования. Рост эффективности преобразования в гармонику обеспечивается выполнением оптимального фазового соотношения между взаимодействующими волнами. Квазисинхронную генерацию волны на суммарной частоте в лазерном резонаторе можно исследовать с помощью следующей системы укороченных уравнений

где -комплексные амплитуды генерируемой лазерной волны, волны накачки и волны суммарной частоты на соответствующих частотах (), распространяющихся в направлении оси z (знак плюс) и в противоположном оси z направлении (знак минус). - коэффициенты поглощения, коэффициенты нелинейной связи взаимодействующих волн на соответствующих частотах для нечётного числа доменов ( - для четного числа доменов), - фазовая расстройка волн в каждом из доменов (домены образованы из одинаковых нелинейных слоев и отличаются лишь направлением спонтанной поляризации).

Граничные условия при этом следующие: . Здесь соответствует входу в -ый домен, , и - комплексные амплитуды лазерной волны, волны накачки и волны на суммарной частоте на входе в -ый домен, , и комплексные амплитуды лазерной волны, волны накачки и волны на суммарной частоте на выходе из ()-го домена, , и - изменения фаз на границе между () и -ым доменами соответственно на частотах .

Решая систему укороченных уравнений с учетом граничных условий для случая прямого и обратного прохождения волнами лазерного резонатора, можно получить выражения для эффективности преобразования в волну суммарной частоты на выходе каждого домена.

Результаты численного счета данных выражений, полученных в приближении заданной интенсивности для эффективности внутрирезонаторного преобразования, позволяют получить, в частности, приведенную на рисунке зависимость (кривая 3). Здесь же для сравнения даны аналогичного характера зависимости для случая генерации второй и третьей гармоник. Кривые построены при оптимальных длинах доменов, где значения определяются из условия для [4-7]. Как видно из поведения кривых 1-3 зависимости, достигая высокой величины эффективности преобразования энергии волны накачки (~70%), выходят на насыщение. Действительно, анализ процесса нелинейного преобразования с

большим числом слоев-доменов показал, что последнее не ведет к заметному

увеличению эффективности преобразования частоты.

Используя полученные в приближении заданной интенсивности аналитические выражения для параметров задачи, можно для каждого

_{Рис. Зависимости эффективности внутрирезонаторного преобразования оптической частоты при генерации суммарной частоты (кривая 3) и генерации второй (кривая 2) и третьей (кривая 1) гармоник.}

конкретного эксперимента рассчитать оптимальные значения интенсивности основного издучения, когерентных длин доменов, фазовой расстройки между взаимодействующими волнами Результаты аналитического исследования в приближении заданной интенсивности внутрирезонаторного преобразования энергии волны накачки в энергию волны на суммарной частоте могут быть использованы при разработке RGB источников с целью увеличения их выходной мощности.

Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда развития науки

при Президенте Республики Азербайджан (грант № EIF-2010-1(1)-40/14-M-9).

Литература

1. Y.F. Chen,Y.S. Chen, and S.W. Tsai. Appl. Phys. B: Lasers and Optics, 79 (2009) 207-210.

2. Н.И. Кравцов, Г.Д. Лаптев, И.И. Наумова, А.А. Новиков, В,В. Фирсов, А.С. Чиркин, Квантовая электроника, 32 (2002) 923-924.

3. З.А. Тагиев, А.С. Чиркин, ЖЭТФ, 73 (1977) 1271-1282; Z.H. Tagiev, R.J. Kasumova, R.A. Salmanova, and N.V. Kerimova, J. Opt. B: Quantum Semiclas. Opt., 3 (2001) 84-87.

4. Z.H. Tagiev, and R.J. Kasumova, Opt. Commun., 281 (2008) 814-823.

5. Р.Дж. Касумова, ЖПС, 78 (2011) 659-667.

6. З.А. Тагиев, Р.Дж. Касумова, А.А. Карими, ЖПС, 77 (2010) 393-399.

7. Р.Дж. Касумова, А.А. Карими, Оптика и спектроскопия, 108 (2010) 624-627 .