vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2021-57-3-374-384vestifm-604Research ArticleФИЗИКАPHYSICSПараметрическая генерация света в двуосном кристалле KTA при накачке излучением YAG:Nd-лазера в произвольных направленияхOptical parametric generation in biaxial KTA crystal under pumping by YAG:Nd laser in arbitrary directionsДашкевичВ. И.DashkevichU. I.

Дашкевич Владимир Иванович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Uladzimir I. Dashkevich – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Scientific Researcher of the Laboratory of Nonlinear Optics

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

v.dashkevich@dragon.bas-net.byРусакА. А.RusakA. A.

Русак Анастасия Александровна – научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Аnastasiya A. Rusak – Scientific Researcher of the Laboratory of Nonlinear Optics

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

bui.anastasiya@gmail.comТимофееваГ. И.TimofeevaG. I.

Тимофеева Галина Ивановна – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Galina I. Timofeeva – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Scientific Researcher of the Laboratory of Nonlinear Optics

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

g.timofeeva@dragon.bas-net.byШкадаревичА. П.ShkadarevichA. P.

Шкадаревич Алексей Петрович – академик Национальной академии наук Беларуси, доктор физико-математических наук, директор унитарного предприятия «НТЦ «ЛЭМТ» БелОМО»

 г. Минск

Aliaksei P. Shradarevich – Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Director of the Unitary Enterprise “STC “LEMT” of the BelOMO”

shkad@lemt.byАпанасевичА. П.ApanasevichP. A.

Апанасевич Павел Андреевич – академик Национальной академии наук Беларуси, доктор физико математических наук, профессор, главный научный сотрудник

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Pavel A. Apanasevich – Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

p.apanasevich@ifanbel.bas-net.byОрловичВ. А.OrlovichV. A.

Орлович Валентин Антонович – академик Национальной академии наук Беларуси, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией нелинейной оптики

пр. Независимости, 68-2, 220072, г. Минск

Valentin A. Orlovich – Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sc. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory of Nonlinear Optics

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

v.orlovich@dragon.bas-net.byИнститут физики им. Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusНаучно-технический центр «ЛЭМТ» БелОМО»Unitary Enterprise “STC “LEMT” of the BelOMO”202107102021573374384Copyright © Дашкевич В.И., Русак А.А., Тимофеева Г.И., Шкадаревич А.П., Апанасевич А.П., Орлович В.А., 20212021Дашкевич В.И., Русак А.А., Тимофеева Г.И., Шкадаревич А.П., Апанасевич А.П., Орлович В.А.Dashkevich U.I., Rusak A.A., Timofeeva G.I., Shkadarevich A.P., Apanasevich P.A., Orlovich V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/604

На основе выражений для показателя преломления изонормальных волн проанализирована возможность выполнения коллинеарного фазового синхронизма для параметрической генерации света в произвольных направлениях двуосного кристалла KTA при накачке излучением YAG:Nd-лазера. Рассчитаны перестроечные кривые, определяющие диапазон перестройки сигнальной и холостой волн для синхронизма типов I и II и произвольных углов q и j в случаях, когда перестройка осуществляется по углу q при фиксированном угле j и наоборот. Определены эффективные нелинейные коэффициенты. Показано, что их максимальное значение обеспечивается при 90-градусном по углу q фазовом синхронизме типа II. Для случая генерации безопасного для глаз излучения произведена оценка спектральной и угловой ширины синхронизма, а также ширины полосы усиления ПГС при монохромной накачке.

Herein, on the basis of expressions for the refractive indices of isonormal waves, the possibility of performing collinear phase matching for optical parametric generation in arbitrary directions of a biaxial KTA crystal under pumping by radiation of a YAG:Nd laser is analyzed. The tuning curves that determine the tuning range of the signal and idler for type-I and II-type phase-matching and arbitrary angles θ and φ in cases where the tuning is carried out along the angle θ at a fixed angle φ and vice versa are calculated. The effective nonlinear coefficient is determined. It is shown that their maximum value is achieved аt a polar angle θ = 90° and type-II phase-matching. For the case of generation of eye-safe radiation the spectral and angular phase matching widths were estimated, as well as gain widths of KTA-OPO under monochromatic pumping.

параметрическая генерация светакристалл KTAфазовый синхронизмoptical parametric generationKTA crystalphase matchingReferencesInfrared corrected Sellmeier coefficients for potassium titanyl arsenate / D. L. Fenimore [et al.] // J. Opt. Soc. Am. B. – 1995. – Vol. 12, № 5. – P. 794–796. https://doi.org/10.1364/josab.12.000794Fenimore D. L., Schepler K. L., Ramabadran U. B., McPherson S. R. Infrared corrected Sellmeier coefficients for potassium titanyl arsenate. Journal of the Optical Society of America B, 1995, vol. 12, no 5, pp. 794–796. https://doi.org/10.1364/josab.12.000794High energy and high efficiency 3.4 m extracavity KTA optical parametric oscillator / Q. B. Sun [et al.] // Laser Phys. Lett. – 2011. – Vol. 8, № 1. – P. 16–20. https://doi.org/10.1002/lapl.201010083Sun Q. B., Liu H. J., Huang N., Ruan C., Zhu S. L., Zhao W. High energy and high efficiency 3.4 m extracavity KTA optical parametric oscillator. Laser Physics Letters, 2011, vol. 8, no 1, pp. 16–20. https://doi.org/10.1002/lapl.201010083Electro-optic Q-switched intracavity optical parametric oscillator at 1.53 m based on KТiOAsO4 / H. Zhu [et al.] // Opt. Commun. – 2009. – Vol. 282, № 4. – P. 601–604. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2008.09.088Zhu H., Zhang G., Huang C., Wang H., Wei Y., Lin Y., Huang L., Qiu G., Huang Y. Electro-optic Q-switched intracavity optical parametric oscillator at 1.53 m based on KТiOAsO4. Optics Communication, 2009, vol. 282, no. 4, pp. 601–604. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2008.09.088KТiOPO4, KТiOAsO4¸ KNbO3 crystals for mid-infrared femtosecond optical parametric amplifiers: analysis and comparison / S. Cussat-Blanc [et al.] // Appl. Phys. B. – 2000. – Vol. 70. – P. S247–S252. https://doi.org/10.1007/s003400000313Cussat-Blanc S., Ivanov A., Lupinski D., Freysz L. KТiOPO4, KТiOAsO4¸ KNbO3 crystals for mid-infrared femtosecond optical parametric amplifiers: analysis and comparison. Journal of Applied Physics B, 2000, vol. 70, pp. S247–S252. https://doi.org/10.1007/s003400000313Recent Advances in Solid State Lasers and Nonlinear Optics for Remote Sensing / P. F. Moulton [et al.] // Lidar Remote Sensing for Industry and Environment Monitoring III (Conference 4893) SPIE’s Third International Asia-Pacific Environmental Remote Sensing Symposium 2002 Hangzhou, China, October 25, 2002. https://doi.org/10.1117/12.466664Moulton P. F., Dergachev A., Isyanova Y., Pati B., Rines G. Recent Advances in Solid State Lasers and Nonlinear Optics for Remote Sensing. Lidar Remote Sensing for Industry and Environment Monitoring III (Conference 4893) SPIE’s Third International Asia-Pacific Environmental Remote Sensing Symposium 2002 Hangzhou, China, October 25, 2002. https://doi.org/10.1117/12.466664Tandem OPO Source Generating 1.5–10 m Wavelengths / Y. Isyanova [et al.] // J. Opt. Soc. Am. – 1996. – Vol. 1. – P. 174–176.Isyanova Y., Rines G. A., Welford D., Moulton P. F. Tandem OPO Source Generating 1.5–10 m Wavelengths. Journal of the Optical Society of America, 1996, vol. 1, pp. 174–176.Dmitriev, V. G. Handbook of Nonlinear Optical Crystals / V. G. Dmitriev, G. G. Gurzadyan, D. N. Nikogosyan. – Berlin: Springer, 1997. – 414 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-46793-9Dmitriev V. G., Gurzadyan G. G., Nikogosyan D. N. Handbook of Nonlinear Optical Crystals. Berlin, Springer, 1997. 414 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-46793-9Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. – М.: Наука, 1973. – 721 c.Born M., Vol’f E. Principles of Optics. Moskow, Nauka Publ., 1973. 720 p. (in Russian).Shigorin, V. D. Phase-matched directions in generation of second harmonics in biaxial crystals / V. D. Shigorin, G. P. Shipulo // J. Quantum Electron. – 1976. – Vol. 6, № 9. – P. 1115. http://doi.org/10.1070/QE1976v006n09ABEH011852Shigorin V. D., Shipulo G. P. Phase-matched directions in generation of second harmonics in biaxial crystals. Soviet Journal of Quantum Electronics, 1976, vol. 6, no. 9, pp. 1115. http://doi.org/10.1070/QE1976v006n09ABEH011852Бокуть, Б. В. Оптическое смешение на двуосных кристаллах / Б. В. Бокуть // Журн. прикладной спектроскопии. – 1967. – Т. 7. – С. 621–624.Bokuts B. V. Optical mixtur on biaxial crystals. Zhurnal prikladnoi spektroskopii = Journal of Applied Spectroscopy, 1967, vol. 7, pp. 621–624 (in Russian)Dmitriev, V. G. Effective nonlinearity coefficients for three-wave interaction in biaxial crystals of mm2 point group symmetry / V. G. Dmitriev, D. N. Nikogosyan // Opt. Commun. – 1991. – Vol. 95, № 1/3. – P. 173–182. https://doi.org/10.1016/0030-4018(93)90066-eDmitriev V. G., Nikogosyan D. N. Effective nonlinearity coefficients for three-wave interaction in biaxial crystals of mm2 point group symmetry. Optics Communication, 1991, vol. 95, no. 1–3, pp. 173–182. https://doi.org/10.1016/0030-4018(93)90066-ePack, M. V. Measurement of the (2) tensors of KTiOPO4, KTiOAsO4, RbTiOPO4, and RbTiOAsO4 crystals / M. V. Pack, D. J. Armstrong, A. V. Smith // Appl. Opt. – 2004. – Vol. 43, № 16. – P. 3319–3323. https://doi.org/10.1364/ao.43.003319Pack M. V., Armstrong D. J., Smith A. V. Measurement of the (2) tensors of KTiOPO4, KTiOAsO4, RbTiOPO4, and RbTiOAsO4 crystals. Applied Optics, 2004, vol. 43, no. 16, pp. 3319–3323. https://doi.org/10.1364/ao.43.003319Roberts, D. A. Simplified characterization of uniaxial and biaxial nonlinear optical crystals: A lea for standardization of nomenclature and conventions / D. A. Roberts // IEEE J. Quantum Electron. – 1992. – Vol. 28, № 10. – P. 2057–2073. https://doi.org/10.1109/3.159516Roberts D. A. Simplified characterization of uniaxial and biaxial nonlinear optical crystals: A lea for standardization of nomenclature and conventions. IEEE Journal of Quantum Electronics, 1992. vol. 28, no. 10, pp. 2057–2073. https://doi.org/10.1109/3.159516

The authors declare that there are no conflicts of interest present.