Поляризационные свойства адаптивного петлевого резонатора

УДК 621.373:535

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АДАПТИВНОГО ПЕТЛЕВОГО РЕЗОНАТОРА

Г. А. Буфетова, И. В. Климов, Д. А. Николаев, В. Ф. Серегин, В. Б. Цветков,

И. А. Щербаков

Экспериментально исследованы степень поляризации выходного излучения и относительные изменения выходных энергетических параметров лазера с адаптив-

ным петлевым резонатором в случае ЧВВ-перерассеяния внутрирезонаторных пучков под углами, близкими к углу Брюстера. Показано, что степень поляризации выходного излучения может быть достаточно высокой даже при наличии сильной деполяризации внутрирезонаторного излучения.

В работах [1 - 3] предложена схема адаптивного петлевого резонатора (АПР) для N¿\УАЮз лазера и показано, что влияние внутрирезонаторного ОВФ-ЧВВ может при водить к существенному улучшению энергетических и пространственных выходных лазерных параметров. В этих работах рассеяние внутрирезонаторных пучков на со здаваемых ими динамических голографических решетках осуществлялось под малыми и большими углами. Вместе с тем, отдельный интерес представляет использование рассеяния под углами, близкими к углу Брюстера. В этом случае для двух взаимно ортогональных поляризаций излучения могут быть созданы различные генерационные условия, что в свою очередь должно обуславливать поляризационные свойства АПР и возможность получения линейно поляризованного выходного излучения лазеров на основе пространственно-изотропных активных сред без использования дополнительных селекторов поляризации. В настоящей работе экспериментально исследовались степень поляризации выходного излучения, относительные порог и КПД генерации Лгс1:УАС лазера с АПР в зависимости от степени деполяризации внутрире зонаторного излучения.

13.....

1 + ^

Рис. 1. Оптическая схема экспериментальной установки.

1.2

1.0

0.8 -

0.6 -

0.4 -

0.2

0.0

т  » I

30 60

0, град.

90

Рис. 2. Зависимости степени поляризации выходного излучения (Д), КПД (г/) и пороги геы -рации ((2П0р) лазера с призменным АПР от угла поворота пластины Л/4 внутри резонатора.

Оптическая схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Резон гор

0, град.

Рис. 3. Зависимости степени поляризации выходного излучения (Д), КПД (//) и порога генерации (<Зпор) лазера с линейным резонатором от угла поворота пластины Л/4 внутри резонатора.

лазера образован зеркалами (1) и (6) с коэффициентами отражения 35 и 100% со ответственно. Активным элементом служил кристалл Л^УАС (3) диаметром 6 и длиной 50 мм. В экспериментах использовалась ламповая импульсная накачка. Кри сталл ИСГГ:Сг4+ (2) размерами 7x7x7 мм3 выполнял одновременно роль нелинейной ЧВВ-активной среды и пассивного модулятора добротности резонатора. Начальное про пускание кристалла на длине волны генерации составляло ~ 25%. Каждая из граней кристалла перпендикулярна одной из кристаллографических осей [100], [010] или [001]. Таким образом, два направления ориентации диполей ионов Сг4+ были параллельны оптическим осям пересекающихся внутрирезонаторных пучков, а третье - ортогональ ным плоскости рис. 1. Три поворотные призмы (4) служили для образования внутри резонаторной петли обратной связи. Углы пересечения внутрирезонаторных пучков в нелинейной среде составляли ~ 90°. Деполяризующим внутрирезонаторным элементом служила пластина Л/4 (5), изготовления из кристаллического кварца. Установка

0, град.

Рис. 4. Зависимости степени поляризации выходного излучения (Д), КПД (rj) и порога << иг-рации (Qnop) лазера с зеркальным АПР от угла поворота пластины А/4 внутри резонатора

пластины позволяла плавно вращать ее вокруг оси внутрирезонаторного пучка та; как это показано на рис. 1. При повороте четвертьволновой пластины относительно е< первоначального положения на угол в = nir, где п = 0,1,2,..., направление ее оптической оси ортогонально плоскости рис. 1. Выходное излучение лазера после прохождения поляризатора (7) направлялось в измеритель мощности излучения ИМО-1Н (8). По ляризатор (7) служил для определения направления и степени поляризации излучения Д = (Imax — Irnin)/(1-тах + /mm), где I - интенсивность соответствующей компоненты поляризации.

При повороте пластины А/4 на угол в = п7г/2 или при ее отсутствии выходное лазерное излучение было поляризовано в направлении, перпендикулярном плоско« i и рис 1. Именно для излучения с этим направлением поляризации процесс внутрирезонаторного ЧВВ протекает наиболее эффективно. Степень поляризации зависела от мощно« и накачки и убывала с ростом последней. При величине мощности накачки Р ~ 50 Вт (частота повторения импульсов составляла v ~ 1 Гц, а энергия импульсов накачки

(5 ~ 50 Дж при пороговом значении фпор — 35 Дж) величина степени поляризации составляла ~ 0,97, а при мощности накачки Р ~ 1,5 кВт (г/ = 30 Гц, ф ~ 50 Дж) она уменьшалась до значения Д ~ 0,65. Во всех случаях диаметр выходного пучка составлял его расходимость ~ 1,5 мрад.

При отклонении угла поворота пластины А/4 относительно углов в = пп/2 на блюдалось отклонение направления плоскости поляризации излучения, существенное уменьшение степени поляризации излучения, уменьшение КПД генерации и увеличение порога генерации, связанные с уменьшением эффективности работы АПР вследствие уменьшения эффективности внутрирезонаторного ЧВВ. Результаты этих исследований представлены на рис. 2. Мощность накачки в ходе проведения измерений за исключением случая исследования изменения порога генерации составляла ~ 150 Вт (и = 3 Гц,

— 50 Дж). Возле каждой экспериментальной точки зависимости Д от 0 обозначено отклонение направления поляризации излучения от направления, нормального к плоскости рис. 1. Положительные значения соответствуют случаю, когда отклонение на правления поляризации излучения совпадает с направлением вращения пластины А/4. Точность измерения углов отклонения направления поляризации выходного излучения составляла ±10°. Точности остальных измерений составляли ±10% от измеряемой ве личины.

При работе лазерного резонатора в режиме обычного резонатора (при этом не ли нейная среда выдвигалась из зоны пересечения внутрирезонаторных пучков и ее по ложение показано на рис. 1 пунктиром) зависимостей Д, КПД и порога генерации от угла поворота четвертьволновой пластины не наблюдалось. Результаты этих иссле дований представлены на рис. 3. Наличие небольшой степени поляризации выходною излучения при работе резонатора в обычном режиме и при углах поворота пластины А/4 0 = 0, 7г/2 связано, по всей видимости, или с ориентацией диполей ионов Сгл+ или с термодвулучепреломлением, наведенном в активном элементе.

Углы отклонения направления поляризации выходного излучения и симметричность вида зависимости Д от 0 в небольшой степени зависели от вариации углов установки поворотных призм в резонаторе вследствие внесения различных разностей фаз для тг- и а- компонент поляризации при полном внутреннем отражении. В ходе проведения эк( периментальных работ вместо поворотных призм (4) использовались также поворотные зеркала. В этом случае (см. рис. 4) направление поляризации выходного излучения ла зера. с АПР с отставанием в 5° — 10° "отслеживало" наименьший из углов отклонения оптической оси пластины А/4 или направления, перпендикулярного к ней от направле-

мия перпендикулярного к плоскости рис. 1.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (проект N 96-02-17102).

ЛИТЕРАТУРА

[1] Б у ф е т о в а Г. А., Климов И. В., Николаев Д. А., Цветков В. Б., Щербаков И. А. Квантовая электроника, 22, 791 (1995).

[2] Bufetova G. A., Klimov I. V., Nikolaev D. A., et al. OSA Proceeding on Advanced Solid-State Lasers, January 30-February 2, 1995, v. 24, p. 438.

[3] Bufetova G. A., Klimov I. V., Nikolaev D. A., et al. Technical Digest of 8-th Laser Optical Conference, St. Peterburg, Russia, 2, 245 (1995).

Институт общей физики РАН Поступила в редакцию 23 апреля 1996 г.