Генератор второй гармоники излучения

Полезная модель относится к источникам лазерного излучения с генерацией второй гармоники и промышленно применима в технологических и медицинских приложениях. Предложен генератор второй гармоники излучения, содержащий оптически связанные волоконный лазер с синхронизацией мод за счет нелинейной эволюции поляризации излучения, фокусатор, направляющий сфокусированное поляризованное выходное излучение лазера на нелинейный кристалл с параметрами, удовлетворяющими условию фазового синхронизма для генерации второй гармоники, при этом в генератор введен оптически связанный с лазером с помощью делителя оптический сканирующий автокоррелятор, позволяющий, анализируя форму автокорреляционной функции выходных импульсов лазера, поддерживать генерацию лазера в режиме излучения регулярной последовательности фемтосекундных кластеров. Эффективность нелинейного преобразования излучения фемтосекудных кластеров во вторую гармонику превышает эффективность нелинейного преобразования излучения традиционных импульсов с огибающей той же длительности на 20-30%.

Полезная модель относится к источникам лазерного излучения с генерацией второй гармоники и промышленно применима в технологических и медицинских приложениях.

Из существующего уровня техники известен непрерывный волоконный лазер, частоты излучения которого удваиваются с помощью внерезонаторного нелинейного оптического кристалла (F.J. Kontur, I. Dajani, Y. Lu, R.J. Knize, "Frequency-doubling of a CW fiber laser using PPKTP, PPMgSLT, and PPMgLN," Opt. Express 15, 12882-12889 (2007)). Недостатком этого метода является относительно низкая эффективность преобразования излучения даже при использовании специальных кристаллов с наибольшей нелинейностью. Эффективность генерации второй гармоники составляет около 15-20% для разных кристаллов при мощности непрерывного фундаментального излучения 10 Вт на длине волны 1064 нм и менее 5% при мощности непрерывного фундаментального излучения 1 Вт на длине волны 1064 нм.

Также из существующего уровня техники известен импульсный (фемтосекундный) волоконный лазер, частоты выходного излучения которого удваиваются в нелинейном оптическом кристалле (L.E. Nelson, S.B. Fleischer, G. Lenz, and E.P. Ippen, "Efficient frequency doubling of a femtosecond fiber laser," Opt. Lett. 21, 1759-1761 (1996)).

Недостатком этого метода является относительно низкая эффективность преобразования излучения традиционных лазерных импульсов. Эффективность генерации второй гармоники составляет 10% для разных нелинейных кристаллов при длительности импульсов около 90 фс.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является волоконный лазер с синхронизацией мод за счет нелинейной эволюции поляризации излучения, сфокусированное поляризованное выходное излучение которого попадает на нелинейный кристалл с параметрами, удовлетворяющими условию фазового синхронизма для генерации второй гармоники (S.M. Kobtsev, S.V. Kukarin, Y.S. Fedotov, A.V. Ivanenko, "High-energy femtosecond 1086/543-nm fiber system for nano- and micromachining in transparent materials and on solid surfaces," Laser Physics, 21 (2), 308-311 (2011)).

Недостатком данного технического решения является относительно низкая эффективность преобразования излучения традиционных лазерных импульсов, составляющая в данной работе 30% для импульсов длительностью 450 фс.

Задачей полезной модели является создание генератора второй гармоники излучения с относительно высокой эффективостью нелинейного преобразования фундаментального излучения в излучение второй гармоники.

Поставленная задача решается за счет того, что в генератор второй гармоники излучения, содержащий оптически связанные волоконный лазер с синхронизацией мод за счет нелинейной эволюции поляризации излучения, фокусатор, направляющий сфокусированное поляризованное выходное излучение лазера на нелинейный кристалл с параметрами, удовлетворяющими условию фазового синхронизма для генерации второй гармоники, введен оптический сканирующий автокоррелятор, позволяющий анализируя форму автокорреляционной функции выходных импульсов лазера поддерживать генерацию лазера в режиме излучения регулярной последовательности фемтосекундных кластеров.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, являются повышенная эффективность генерации второй гармоники излучения.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, на которой схематически изображен генератор второй гармоники излучения.

Генератор второй гармоники излучения состоит из волоконного лазера 1 с синхронизацией мод за счет нелинейной эволюции поляризации излучения, сфокусированное с помощью фокусатора 2 поляризованное выходное излучение которого попадает на нелинейный кристалл 3 с параметрами, удовлетворяющими условию фазового синхронизма для генерации второй гармоники, а также из оптического сканирующего автокоррелятора 4, оптически связанного с лазером с помощью делителя 5 и позволяющего анализируя форму автокорреляционной функции 6 выходных импульсов лазера поддерживать генерацию лазера в режиме излучения регулярной последовательности фемтосекундных кластеров.

Устройство работает следующим образом.

Режим синхронизации мод волоконного лазера 1 за счет нелинейной эволюции поляризации излучения реализуется с помощью настройки поляризации излучения лазера с помощью настраиваемых внутрирезонаторных контроллеров поляризации излучения такого лазера. При настройке внутрирезонаторных контроллеров поляризации излучения могут возникать различные режимы синхронизации мод (S. Smimov, S. Kobtsev, S. Kukarin, and A. Ivanenko, "Three key regimes of single pulse generation per round trip of all-normal-dispersion fiber lasers mode-locked with nonlinear polarization rotation," Optics Express, 20 (24), 27447-27453 (2012)), в числе которых имеется режим генерации фемтосекундных кластеров (S. Kobtsev, S. Kukarin, S. Smirnov, S. Turitsyn, and A. Latkin, "Generation of double-scale femto/pico-second optical lumps in mode-locked fiber lasers," Opt. Express 17, 20707-20713 (2009); B. Nie, G. Parker, V.V. Lozovoy, and M. Dantus, "Energy scaling of Yb fiber oscillator producing clusters of femtosecond pulses," Opt. Eng. 53 (5), 051505 (2014)), отличающийся повышенной эффективностью преобразования во вторую гармонику излучения (S.V. Smirnov, S.M. Kobtsev, and S.V. Kukarin, "Efficiency of non-linear frequency conversion of double-scale pico-femtosecond pulses of passively mode-locked fiber laser," Optics Express, 22 (1), 1058-1064 (2014)). Для реализации этого режима необходимо в режиме настройки режима синхронизации лазера анализировать форму автокорреляционной функции 6 выходных импульсов лазера с помощью оптического сканирующего автокоррелятора 4 в качестве которого может быть использован коммерчески доступный автокоррелятор pulseCheck (производства компании А.Р.Е) или Long Scan (Newport) или AA-20DD (Авеста-Проект) и другие. Когда форма автокорреляционной функции имеет специфическую двухмасштабную форму, то такой режим синхронизации соответствует генерации регулярной последовательности фемтосекундных кластеров, отличающихся относительно высокой эффективностью нелинейного преобразования во вторую гармонику излучения. Эффективность нелинейного преобразования излучения фемтосекудных кластеров во вторую гармонику превышает эффективность нелинейного преобразования излучения традиционных импульсов с огибающей той же длительности на 20-30%. Излучение фемтосекундных кластеров фокусируется с помощью фокусатора 2 в нелинейный кристалл 3, параметры которого удовлетворяют условию фазового синхронизма для генерации второй гармоники.

Генератор второй гармоники излучения, содержащий последовательно оптически связанные волоконный лазер с синхронизацией мод за счет нелинейной эволюции поляризации излучения, фокусатор, направляющий сфокусированное поляризованное выходное излучение лазера на нелинейный кристалл с параметрами, удовлетворяющими условию фазового синхронизма для генерации второй гармоники, отличающийся тем, что в генератор введен оптически связанный с лазером с помощью делителя оптический сканирующий автокоррелятор, позволяющий, поддерживать генерацию лазера в режиме излучения регулярной последовательности фемтосекундных кластеров.

РИСУНКИ