Рассмотрены условия формирования ТГц-излучения в монокристаллах ZnGeP2 при генерации разностной частоты. Показано, что для реализации эффективного ТГц-излучения требуются источники двухчастотной лазерной накачки с длительностью импульсов генерации ~ 1 нс. Предлагается использовать в качестве такого источника ИК-излучение (на переходах Sr I в области 3 мкм и Sr II - 1 мкм) системы «задающий генератор - усилитель» на парах стронция. Рассмотрены условия формирования инверсии населенности, при которых в активной среде лазера на парах стронция реализуется длительность импульсов генерации ~ 1 нс. Показано, что при использовании такой системы можно увеличить среднюю мощность генерации лазера на парах стронция пропорционально увеличению объема активной среды усилителя.
Идентификаторы и классификаторы
Терагерцовый диапазон (~0,3-30 ТГц) спектра электромагнитного излучения лежит между областью миллиметровых длин волн и инфракрасным диапазоном. В настоящее время наблюдается су щественный прогресс в получении ТГц-излучения электровакуумными источниками (лампы обратной волны, лампы бегущей волны, гиротроны и т. д.) [1]. Однако эти источники эффективны при генерации излучения - 0,5-1 мм (0,6-0,3 ТГц). Источники ТГцизлучения, созданные на основе фемтосекундных лазеров, обладают чрезвычайно широким спектром излучения (~1 ТГц), что неприемлемо для многих приложений [2].
Список литературы
1. Booske J.H., Dobbs R.J., Joye C.D., Kory C.L., Neil G.R., Park G.S., Park J., Temkin R.J. Vacuum electronic high power terahertz sources // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. V. 1, N 1. P. 54-75.
2. Liu J., Dai J., Chin S.L., Zhang X.C. Broadband terahertz wave remote sensing using coherent manipulation of fluorescence from asymmetrically ionized gases // Nat. Photonics. 2010. V. 4, N 9. P. 627-631. EDN: MTWYTS
3. Rosch M., Scalari G., Beck M., Faist J. Ultra-broadband THz quantum cascade laser operating with regular comb teeth in continuous wave operation. URL: (last access: 23.12.2019). DOI: 10.1364/MICS.2013.MTh4B.5
4. Geng L.J., Qu Y.C., Zhao W.J., Du J. Highly efficient and compact cavity oscillator for high-power, optically pumped gas terahertz laser // Opt. Lett. 2013. V. 38, N 22. P. 4793-4796.
5. Creeden D., McCarthy J.C., Ketteridge P.A., Southward T., Schunemann P.G., Komiak J.J., Dove W., Chicklis E.P. Compact fiber-pumped terahertz source based on difference frequency mixing in ZGP // IEEE J. Sel. Top. Quantum. Electron. 2007. V. 13, N 3. P. 732-736.
6. Kitaeva G.Kh. Terahertz generation by means of optical lasers // Laser Phys. Lett. 2008. V. 5, N 8. P. 559-576. EDN: LLEDOL
7. Dmitriev V.G., Gurzadyan G.G., Nikogosyan D.N. Handbook of Nonlinear Optical Crystals. Berlin, New York: Springer. 1999. V. 64. 413 p.
8. Soldatov A.N., Sabotinov N.V., Latush E.L., Chebotarev G.D., Vuchkov N.K., Yudin N.A. Strontium and Calcium Vapour Lasers. Sofia: Academic Publishing House, 2013. V. I. 293 p. EDN: YLVALI
9. Soldatov A.N., Sabotinov N.V., Latush E.L., Chebotarev G.D., Vuchkov N.K., Yudin N.A. Strontium and Calcium Vapour Lasers. Sofia: Academic Publishing House, 2014. V. II. 322 p.
10. Nikogosyan D. Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey. New York: Springer, 2005. 440 p. EDN: SQRCXN
11. Kumbhakar P., Kobayashi T., Bhar G. Sellmeier dispersion relations for phase-matched terahertz generation in ZnGeP2 // Appl. Opt. 2004. V. 43, N 16. P. 3324-3328. EDN: LMSEAJ
12. Aggarwal R.L., Lax B. Nonlinear Infrared Generation / Shen Y.R. (ed.) New York: Academic, 1977. 28 p.
13. Верозубова Г.А., Окунев А.О., Стащенко В.А. Выращивание нелинейно-оптического материала ZnGeP2 и его дефектная структура // Вестн. НовГУ. 2015. № 3. Ч. 2. С. 40-46. EDN: UBOYQJ
14. Чучупал С.В., Командин Г.А., Жукова Е.С., Прохоров А.С., Породинков О.Е., Спектор И.Е., Шакир Ю.А., Грибенюков А.И. Механизмы формирования потерь в нелинейно-оптических кристаллах ZnGeP2 в терагерцевой области частот // Физика твердого тела. 2014. Т. 56, № 7. С. 1338-1344. EDN: SNVYRB
15. Аполлонов В.В., Грибенюков А.И., Короткова В.В., Суздальцев А.Г., Шакир Ю.А. Вычитание частот излучения СО2-лазеров в кристалле ZnGeP2 // Квант. электрон. 1996. Т. 26, № 6. С. 483-484.
16. Земсков К.И., Исаев А.А., Казарян М.А., Петраш Г.Г., Раутиан С.Г. Применение неустойчивых резонаторов для получения дифракционной расходимости излучения импульсных газовых лазеров с большим усилением // Квант. электрон. 1974. Т. 1, № 4. С. 863-869.
17. Исаев А.А., Казарян М.А., Петраш Г.Г., Раутиан С.Г. Сжимающиеся пучки в телескопических неустойчивых резонаторах // Квант. электрон. 1974. Т. 1, № 6. С. 1379-1388.
18. Евтушенко Г.С., Кирилов А.Е., Кругляков В.Л., Полунин Ю.П., Солдатов А.Н. Управление длительностью генерации лазера на парах меди // Журн. прикл. спектроскоп. 1988. Т. 49, № 5. С. 745-751.
19. Полунин Ю.П., Юдин Н.А. Управление характеристиками излучения лазера на парах меди // Квант. электрон. 2003. Т. 33. № 9. С. 833-835. EDN: LIALIL
20. Юдин Н.А., Юдин Н.Н. Эффективность накачки активной среды лазеров на парах металлов: газоразрядные трубки с электродами в горячей зоне разрядного канала // Изв. вузов: Физика. 2016. Т. 59, № 6. С. 49-56. EDN: WGXSDH
21. Василяк Л.М., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н., Филюгин И.В. Высокоскоростные волны ионизации при электрическом пробое // Успехи физ. наук. 1994. Т. 164. С. 263-286. EDN: YWBJBD
Выпуск
Другие статьи выпуска
Рассмотрены химические свойства пенталена и его изомеров, а также их катионов. Пентален и его производные играют важную роль в процессах образования и разрушения полиароматических углеводородов - основных компонентов микрочастиц сажи, образующихся в процессе сгорания органического топлива. Также обсуждается явление изменения ароматических/антиароматических свойств пенталена и двух его основных изомеров при ионизации (изменении количества p-электронов).
Показано, что разогрев вулканического материала, взятого на вулкане Этна (Италия), апокампическим разрядом уменьшает напряжение, при котором от канала разряда стартует положительный стример - апокамп, и увеличивает скорость его распространения. По спектрам люминесценции видно, что эти процессы сопровождаются эмиссией легкоионизуемых K и Na, что согласуется с данными об элементном составе образцов Этны. На основе полученной информации предложена гипотеза о том, что в местах повышенной вулканической активности на высотах 10-18 км (на уровне тропосферы) вероятность появления голубых струй и стартеров повышается.
На основе численного моделирования в программном комплексе ANSYS разработана конструкция мономорфного (униморфного) деформируемого зеркала. Выбрана структура управляющих электродов, обеспечивающая на световой апертуре отработку аберраций до 5-го порядка включительно (первые 21 полином Цернике) с высокой точностью воспроизведения. Приведены расчеты основных характеристик мономорфного зеркала: функции влияния электродов, погрешность отработки заданных аберраций, прогиб зеркала под действием собственного веса, термодеформации поверхности зеркала вследствие изменения температуры окружающей среды, термодеформации и температурное поле от падающего лазерного излучения, собственные частоты колебаний зеркала. Результаты свидетельствуют о возможности использования зеркала для эффективной работы в составе адаптивной оптической системы.
В работе представлены экспериментальная установка, эксперименты по измерению и расчет светового давления на конструкционные материалы для разных углов падения света. Расчет необходим для определения светотехнических свойств материала и суммарного момента сил солнечного давления. В качестве конструкционного материала использовался промышленный металлотрикотаж - сетеполотно. Для расчета было проведено более 4000 экспериментальных измерений коэффициентов пропускания и коэффициентов отражения сетеполотна.
Представлены результаты лидарного зондирования тропосферного аэрозоля, выполненного в Калининграде (54° с. ш., 20° в. д.) с применением двухволнового атмосферного лидара (532 и 1064 нм), который позволяет проводить зондирование аэрозоля до высот 10-12 км. В результате измерений мощности рассеянного в тропосфере лидарного сигнала с 2011 по 2018 г. установлены особенности вертикальной структуры и динамики аэрозоля. Анализ результатов показал усиление волновой активности в диапазоне акустико-гравитационных волн в тропосфере во время прохождения солнечного терминатора.
Представлены результаты лабораторных экспериментов по регистрации сигналов обратнорассеянного излучения ИК-лазера от аэрозольных частиц, содержащих органические примеси. Исследования выполнены на лабораторном стенде по схеме лидарного зондирования на контролируемой оптической трассе. В качестве модельных сред использовались водный аэрозоль и водные растворы, содержащие органические примеси: триптофан, изопропиловый спирт, глицерин, никотинамидадениндинуклеотид. Результаты измерений сигналов обратного рассеяния для различных органических примесей в исследуемых аэрозольных частицах показывают возможность использования ИК-лазеров со сканированием частоты излучения для дистанционного зондирования атмосферного органического аэрозоля.
Представлены результаты разработки комплекса для проведения высокоскоростной визуально-оптической диагностики процессов плазмохимического синтеза в смесях порошков, инициируемых СВЧ-излучением гиротрона. Комплекс предусматривает получение не только изображений процессов в реакторе, но и спектра возникающего излучения. Комплекс включает в себя видеокамеры, спектрометры, систему синхронизации и предполагает возможность установки системы активной фильтрации на основе активных сред на парах металлов. Также приведены результаты визуализации процесса синтеза различных керамических микро- и наночастиц. Показано, что использование временной фильтрации оптических изображений не позволяет полностью подавить влияние фонового излучения.
Впервые при накачке азота импульсным индукционным разрядом получена энергия генерации 10 мДж с импульсной мощностью свыше 1 МВт. Длительность импульсов генерации на полувысоте созданного индукционного азотного лазера составляла (8,5 ± 0,5) нс. Лазерная генерация была получена на двух длинах волн - 337,1 и 357,7 нм. Пучок генерации в поперечном сечении имел форму кольца диаметром ~ 33 мм и шириной ~ 2 мм.
В работе представлены результаты разработки активного элемента на переходах атома натрия с продольной и поперечной накачкой. Экспериментально исследована возможность получения излучения на резонансных переходах при возбуждении активной среды с помощью импульсов наносекундной длительности различной энергии и спектрального состава. Накачка среды осуществлялась с помощью лазера на красителях и CuBr-лазера. Зафиксировано излучение на D -линиях натрия при накачке желтой линией излучения CuBr-лазера.
При возбуждении электронным пучком парогазовой смеси Ne + Tl и создании инверсии населенностей на переходах иона таллия Tl+ в реакциях перезарядки получена и исследована лазерная генерация на линиях Tl+ с λ = 1922; 1385,2; 595,1; 695 и 707 нм (на первых двух линиях - впервые). В исследуемом диапазоне параметров накачки получена линейная зависимость мощности генерации от мощности накачки, свидетельствующая об эффективности электронно-пучкового возбуждения. Достигнута средняя мощность излучения 44 мВт на λ = 595 нм при частоте 1 кГц с эффективностью ~ 0,06%. Проведено численное моделирование энергетических характеристик лазера.
В работе описан созданный ИК-лазер с накачкой импульсным индукционным цилиндрическим разрядом, генерирующий в области 900-2050 нм на переходах атомов Xe I. В качестве активной среды использовался ксенон и его смеси с гелием и аргоном. Проведены экспериментальные исследования влияния состава активной газовой среды на интенсивность излучения атомов Xe I. Спектр генерации состоял из трех линий с длинами волн 904,5; 1733 и 2026 нм. Соотношение интенсивностей сильно зависело от состава активной среды. Длительность оптических импульсов излучения достигала (8 ± 1) нс на полувысоте.
Представлены результаты экспериментальных исследований влияния условий накачки на спектральные и временные характеристики излучения ИК Ar I-лазера при возбуждении активной среды импульсным индукционным продольным разрядом. Получена лазерная генерация на переходах нейтральных атомов аргона на длинах волн 1213, 1240, 1270, 1694, 1791 нм в чистом аргоне и в его двухкомпонентных смесях с гелием и неоном. Длительность оптических импульсов на полувысоте составляла (5 ± 1) нс. Энергия излучения достигала 0,1 мДж.
C 15 по 20 сентября 2019 г. в Институте оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН (г. Томск) прошла XIV Международная конференция по импульсным лазерам и применениям лазеров AMPL-2019. Число участников форума было гораздо больше, чем во все предыдущие годы. Тематика традиционно отражала результаты исследований последних лет: фундаментальные вопросы лазерной физики, физические и химические процессы в активных средах лазеров, новые лазеры и лазерные системы, применения лазеров, создание приборов на основе лазерных источников, новые оптические технологии, проблемы коммерциализации лазеров и приборов на их основе.
Издательство
- Издательство
- СО РАН
- Регион
- Россия, Новосибирск
- Почтовый адрес
- 630090, Новосибирская обл, г Новосибирск, Советский р-н, пр-кт Академика Лаврентьева, д 17
- Юр. адрес
- 630090, Новосибирская обл, г Новосибирск, Советский р-н, пр-кт Академика Лаврентьева, д 17
- ФИО
- Пармон Валентин Николаевич (ПРЕДСЕДАТЕЛЬ СО РАН)
- E-mail адрес
- sbras@sb-ras.ru
- Контактный телефон
- +7 (495) 9381848