Prezentację wykonała: Anna Jasik

1. Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny Instytut Fizyki Badanie właściwości nieliniowych światłowodów i innych tlenkowych materiałów nieliniowych Prezentację wykonała: Anna Jasik

2. Optyczne zjawiska nieliniowe • Nieliniowość II rzędu (m.in.): • Generacja drugiej harmonicznej, • Mieszanie trzech fal, • Zjawisko elekrtoopytczne, • Nieliniowość III rzędu (m.in.): • Wymuszone rozproszenie Ramana, • Wymuszone rozproszenie Brilliouina, • Mieszanie czterech fal, • Samomodulacja fali,

3. Nieliniowość II rzędu: Generacja drugiej harmonicznej Dla małych natężeń światła polaryzacja zależy liniowo od natężenia pola elektrycznego E: gdzie c nosi nazwę podatności elektrycznej. Gdy natężenie pola elektrycznego E wzrasta, polaryzacja ośrodka przestaje zależeć liniowo od E. Ponieważ podatność elektryczna nie jest w ogólności wielkością skalarną lecz tensorem:

4. Schemat układu do pomiaru SHG • Właściwości kryształu, które powinny być brane pod uwagę w procesie generacji SHG: • Własności nieliniowe materiału • Własności dyspersyjne n(w) • Prędkość grupowa (group delay) • Próg uszkodzenia kryształu • (demage treshold)

5. Laser tytanowo- szafirowy Ośrodkiem czynnym lasera tytanowo-szafirowego (Ti: Al2O3) jest kryształ szafiru Al2O3 domieszkowany TiO3. • Zakres strojenia [nm]dla harmonicznej podstawowej - 690-1000 nm • dla drugiej harmonicznej - 350-500 nm • dla trzeciej harmonicznej - 235-330 nm • dla czwartej harmonicznej - 209-245 nm • czas trwania impulsu: od kilku ps do 10 fs, w specjalnych wypadkach nawet 5 fs, (generacja tak krótkich impulsów światła jest możliwa dzięki zjawisku pasywnej synchronizacji modów) • częstotliwoścć powtarzania impulsu : 70 – 90 MHz, • Średnia moc wyjściowa: 0.5 – 1.5 W, ,

6. Schemat lasera femtosekundowego ze wzmacniaczem Typowy schemat femtosekundowego lasera Ti:S. S. Backus, J. Peatross, C.P. Huang, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn, Opt. Lett.19, 2000 (1995).

7. Laser tytanowo- szafirowy • Laser pompowany jest innym laserem o długości fali 514 – 532nm,

8. Praktyczne aspekty generacji drugiej harmonicznej W układach mających makroskopowy środek inwersji nie można generować drugiej harmonicznej. Generacja drugiej harmonicznej ogranicza się więc do: a)      kryształów pewnych klas (które nie mają środka inwersji), b)      powierzchni, Zależność polaryzacji P od natężenia pola elektrycznego E w układach bez makroskopowego środka inwersji Ważnym warunkiem jest dopasowanie fazowe, gdyż dla, natężenie drugiej harmonicznej I(2) osiąga maksimum.

9. Praktyczne aspekty generacji drugiej harmonicznej Dopasowanie fazowe – jest możliwe w kryształach dwójłomnych, które mają dwa współczynniki załamania: no– współczynnik załamania promienia zwyczajnego ne– współczynnik załamania promienia nadzwyczajnego ne(2w1) = n(w1) W warunkach dopasowania fazowego łatwo osiągnąć20% sprawnośćkonwersji (przy jednokrotnym przejściu przez kryształ). Można tekryształ umieścićwe wnęce rezonatora dla zwiększenia natężenia fali harmonicznej jak i wydajności procesu.

10. Praktyczne aspekty generacji drugiej harmonicznej Kryształ LiNbO3. W krysztale tym realizuje się niezwykle efektywnie dopasowanie fazowe pod kątem 90, czyli kulista powierzchnia współczynników załamania składowej zwyczajnej podstawowej promienia zwyczajnego nie przecina elipsoidalnej powierzchni składowej nadzwyczajnej drugiej harmonicznej promienia nadzwyczajnego, lecz jest do niej styczna. Kąt dopasowania fazowego dla kryształu LiNbO3 wynosi 90 dopiero wtedy, gdy temperatura kryształu zostanie podwyższona do około 160C. Przy generowaniu drugiej harmonicznej za pomocą impulsów femtosekundowych ważne są nie tylko własności nieliniowe kryształów (2), ale również ich własności dyspersyjne. Kryształ LiNbO3– I typ (DFG) Dopasowanie fazowe pod kątem 90.

11. Kryształ LBO Rys. Współczynniki załamania promienia zwyczajnego i nadzwyczajnego dla kryształu LBO Rys. Zależność natężenia drugiej harmonicznej od kąta obrotu kryształu względem osi optycznej dla LBO

12. Długość fali [nm] 1064 532 266 Współczynnik uszkodzenia kryształu (damage treshold) Powierzchniowy [GW/cm2] 8,4 1,9 0,83 Objętościowy [GW/cm2] 40 Praktyczne aspekty generacji drugiej harmonicznej Dla kryształu LBO: λ = 1.064μm, no(λ/2) = 1.614, ne(λ/2) = 1.556, no(λ) = 1.598,  = 32.75º II – typu: gdy mieszające się fale w1 i w2 mają polaryzacje ortogonalne, kryształy KTP, Progi uszkodzenia kryształu LBO:

13. http://www.wemif.pwr.wroc.pl/spatela/pdfy/0360.pdf

14. Schemat układu do pomiaru nieliniowości III rzędu DFWM – mieszanie czterech fal

15. Samoogniskowanie i deogniskowanie światła gdy n2>0, ośrodek nieliniowy działa jak soczewka skupiająca, gdy n2<0, ośrodek nieliniowy działa jak soczewka rozpraszająca,

16. http://www.wemif.pwr.wroc.pl/spatela/pdfy/0360.pdf

17. Literatura: • Takatomo Sasaki, Yusuke Mori*, Masashi Yoshimura, Yoke Khin Yap, Tomosumi Kamimura, Recent development of nonlinear optical borate crystals: key materials for generation of visible and UV light, Materials Science and Engineering, 30 (2000) 1±54 • H. Kimura, K. Ishioka, Estimation of SHG properties on polycrystalline Ba(B1-xMx)2O4 (M: Al. or Ga), Journal Of Materials Science Letters 16 (1997) 1375–1377 • Halina Abramczyk, Wstęp do spektroskopii Laserowej, PWN, 2000 • J. Petykiewicz, Wybrane zagadnienia optyki nieliniowej, Wyd. PW, Warszawa 1991 • Jian Lin a,*, Wenhai Huang a, Zhengrong Sun b, Chandra S. Ray c, Delbert E. Day; Structure and non-linear optical performance of TeO2–Nb2O5–ZnO glasses; Journal of Non-Crystalline Solids 336 (2004) 189–194 • P. F. Moulton; Spectroscopic and laser characteristics of Ti:A120 3