ИОФ РАН
Конкуренция между нелинейными процессами, возбуждаемыми пикосекундными лазерными импульсами в ВКР-активном кристалле натриевого дивольфрамата, для двух поляризаций возбуждения
Пресс-релиз публикации: D.S. Chunaev, S.B. Kravtsov, V.E. Shukshin, V.D. Grigorieva, V.N. Shlegel, P.G. Zverev. Competition between nonlinear processes excited by picosecond laser pulses in disodium ditungstate Raman crystal for two excitation polarizations. Laser Physics Letters. – 2023. –20(6). –065401. DOI: 10.1088/1612-202x/accf75
Нелинейное оптическое явление вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света с успехом используется для получения лазерного излучения в новых спектральных областях за счёт преобразования частоты возбуждающего света на величину, кратную частоте ВКР-активного фонона. В то же время процесс ВКР для лазеров, работающих в синей и зелёной областях спектра, может быть подавлен конкурирующими нелинейными процессами. Авторами данной работы теоретически и экспериментально исследованы два нелинейных процесса: двухфотонное поглощение (ДФП) и ВКР в монокристалле дивольфрамата натрия (Na2W2O7), демонстрирующем ВКР-преобразование лазерного излучения и обладающем максимальным частотным сдвигом (956 см-1) среди вольфраматов [Chunaev D.S. et al., Laser Physics Letters, 17, 015801 (2020).]. Однако, вследствие анизотропии кристаллической структуры этого материала, ВКР-характеристики и ширина запрещенной зоны сильно зависят от направления и поляризации возбуждающего излучения.
Ранее была разработана уникальная экспресс-методика [Lukanin V.I., Chunaev D.S., Karasik A.Yu. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 113, 412 (2011).], основанная на использовании цугов пикосекундных лазерных импульсов с плавно изменяющейся амплитудой, что позволяет измерять характеристики нелинейного процесса за один цуг импульсов. Использование этой методики (при возбуждении пикосекундными импульсами с длиной волны 523,5 нм) позволило обнаружить сильную зависимость коэффициента ДФП от ориентации кристалла. На Рис. 1 показаны зависимости пропускания образца от энергии пикосекундных импульсов.
Для излучения, распространяющегося вдоль кристаллографической оси с и поляризованного параллельно оси а (синие точки, Рис. 1), величина экспериментально измеренного коэффициента ДФП составила 1,28 см/ГВт; при этом никакого процесса ВКР зарегистрировано не было, потому что ДФП приводило к наведению оптических центров, обладающих сильным однофотонным поглощением. В экспериментах с излучением, поляризованным параллельной оси b (красные точки, Рис. 1), заметный эффект ДФП обнаружен не был, но наблюдался процесс ВКР с коэффициентом ВКР-усиления 6,5 см/ГВт.
Это первая демонстрация конкуренции двух нелинейных процессов в одном кристалле в зависимости от его ориентации.
Таким образом, при разработке ВКР-лазеров, работающих в видимом и ближнем ультрафиолетовом спектральных диапазонах, необходимо учитывать потенциальную конкуренцию ДФП с другими нелинейными процессами и наведенное однофотонное поглощение. Применение обнаруженного эффекта в перспективе позволяет разработать индикатор состояния поляризации ультракоротких световых импульсов.
Образец кристалла натриевого дивольфрамата был выращен сотрудниками Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН В.Д. Григорьевой и В.Н. Шлегелем.
Пресс-релиз подготовил: Шукшин Владислав Евгеньевич, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией спектроскопии кристаллов и стёкол отдела лазерных материалов и фотоники Научного центра лазерных материалов и технологий имени В.В. Осико.
Рис. 1. Пропускание пикосекундных импульсов в кристалле Na2W2O7 в зависимости от ориентации кристалла. (Источник: D.S. Chunaev, S.B. Kravtsov, V.E. Shukshin, V.D. Grigorieva, V.N. Shlegel, P.G. Zverev. Competition between nonlinear processes excited by picosecond laser pulses in disodium ditungstate Raman crystal for two excitation polarizations. Laser Physics Letters. – 2023. –20(6). –065401. DOI: 10.1088/1612-202x/accf75)