ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В БЕЗОПАСНОМ ДЛЯ ГЛАЗ КОЛЬЦЕВОМ ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ ГЕНЕРАТОРЕ СВЕТА НА КРИСТАЛЛАХ KTiOPO4

Для безопасного для глаз параметрического генератора света (ПГС), выполненного на основе трехзеркального кольцевого резонатора, каждая секция которого (пространство между плоскими соседними зеркалами) содержит кристалл KTiOPO4 (KТР) х-среза размером 15(х) × 7(y) × 7(z) мм3, проведено исследование тепловых эффектов, обусловленных поглощением холостой волны в кристаллах KТР. Оценка тепловых эффектов проводилась посредством экспериментального определения изменений в рабочих характеристиках параметрического генератора света (расходимости выходного пучка и энергии импульса) при его переводе из режима генерации редко повторяющихся одиночных импульсов в режим генерации периодически повторяющихся импульсов. Выявлено, что в случае, когда безопасный для глаз ПГС, накачиваемый многомодовым излучением YAG:Nd-лазера, генерирует 8-наносекундные импульсы с частотой следования 10 Гц и энергией 30–35 мДж, термоискажения кристаллов KТР, помещенных в металлические держатели при их естественном воздушном охлаждении, носят умеренный характер. Суммарное действие положительных термолинз, наведенных в нелинейных кристаллах, вызывает увеличение расходимости пучка безопасного для глаз параметрического генератора света на 10 % и снижение эффективности ПГС на 0,76 % в силу того, что наведенные термолинзы не являются идеальными и поэтому вносят в резонатор ПГС дополнительные аберрационные потери. Теоретическое моделирование работы кольцевого параметрического генератора света в плосковолновом приближении с использованием системы трех связанных укороченных дифференциальных уравнений первого порядка показало, что среди трех кристаллов наиболее сильной тепловой нагрузке и воздействию наиболее интенсивных пучков подвергается кристалл KТР, расположенный первым по ходу излучения накачки в ПГС.

1. Efficient optical parametric oscillator at 1.6 m / L. R. Marshall [et al.] // Opt. Lett. – 1991. – Vol. 16, № 9. – P. 681–683. https://doi.org/10.1364/ol.16.000681

2. Marshall, L. R. Diode-pumped eye-safe laser source exceeding 1% efficiency / L. R. Marshall, J. Kasinski, R. L. Burnham // Opt. Lett. – 1991. – Vol. 16, № 21. – P. 1680–1682. https://doi.org/10.1364/ol.16.001680

3. Marshall, L. R. Eye-safe output from noncritically phase-matched parametric oscillators / L. R. Marshall, A. Kaz. // J. Opt. Soc. Am. B. – 1993. – Vol. 10, № 9. – P. 1730–1736. https://doi.org/10.1364/josab.10.001730

4. Chuang, T. A KTA optical parametric oscillator pumped by a Q-switched, injection seeded Nd:YAG laser / T. Chuang, J. Kasinski, H. R. Verdún // Advanced Solid-State Lasers / eds.: S. A. Payne and C.R. Pollock. – San Francisco, 1996. – P. 179–181. https://doi.org/10.1364/assl.1996.op4

5. Hansson, G. Unstable resonator optical parametric oscillator based on quasi-phase-matched RbTiOAsO4 / G. Hansson, H. Karlsson, F. Laurell // Appl. Opt. – 2001. – Vol. 40, № 30. – P. 5446–5451. https://doi.org/10.1364/ao.40.005446

6. Numerical simulation and experimental investigation of parametric generation of light pulses in a KTP crystal / B. B. Sevruk [et al.] // J. Appl. Spectrosc. – 2000. – Т. 67, № 1. – P. 70–76. https://doi.org/10.1007/bf02681423

7. High-power sources of eye-safe radiation, based on nonlinear-optical conversion of the radiation of YAG:Nd lasers / V. A. Orlovich [et al.] // J. Opt. Technol. – 2000. – Vol. 67, № 11. – P. 984–989. https://doi.org/10.1364/jot.67.000984

8. Highly efficient source of eye-safe radiation based on KTP optical parametric oscillator / D. E. Gakhovich [et al.] // Laser Optics '95: Solid State Lasers. – 1996. – Vol. 2772. – P. 53–61. https://doi.org/10.1117/12.238081

9. Eye-safe radiation source based on an optical parametric oscillator /A. I. Vodchits [et al.] // J. Appl. Spectrosc. – 2006. – Vol. 73, № 2. – P. 285–291. https://doi.org/10.1007/s10812-006-0070-8

10. Comparative studies of eye-safe intracavity and extracavity optical parametric oscillators with an unstable telescopic cavity / V. I. Dashkevich [et al.] // J. Appl. Spectrosc. – 2006. – Vol. 73, № 4. – P. 604–612. https://doi.org/10.1007/s10812-006-0070-8

11. Travelling-wave 1.57-m optical parametric oscillator driven by a pulsed multimode Nd3+:YAG laser / V. I. Dashkevich [et al.] // J Appl. Spectr. – 2008. – Vol. 75, № 4. – P. 285–291. https://doi.org/10.1007/s10812-008-9077-7

12. High-average-power KTiOAsO4 optical parametric oscillator / M. S. Webb [et al.] // Opt. Lett. – 1998. – Vol. 23, № 15. – P. 1161–1163. https://doi.org/10.1364/ol.23.001161

13. Мезенов, А. В. Термооптика твердотельных лазеров / А. В. Мезенов, Л. Н. Сомс, А. И. Степанов. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. – 197 с.

14. Bierlein, J. D. Potassium titanyl phosphate: properties and new applications / J. D. Bierlein, H. Vanherzeele // J. Opt. Soc. Am. B. – 1989. – Vol. 6, № 4. – P. 622–633. https://doi.org/10.1364/josab.6.000622

15. On thermal effects in solid-state lasers: The case of ytterbium-doped materials / S. Chenais [et al.] // Prog. Quantum Electron. – 2006. – Vol. 30, № 4. – Р. 89–153. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2006.12.001

16. Thermal modeling of continuous-wave end-pumped solid-state lasers / M. E. Innocenzi [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 1990. – Vol. 56, № 19. – P. 1831–1833. https://doi.org/10.1063/1.103083

17. Optimization in scaling fiber-coupled laser-diode end-pumped lasers to higher power: influence of thermal effect / Y. F. Chen [et al.] // IEEE J. Quantum Electron. – 1997. – Vol. 33, № 8. – P. 1424–1429. https://doi.org/10.1109/3.605566

18. Influence of aberrations on fundamental mode of high power rod solid-state lasers / J. Bourderionneta [et al.] // Opt. Commun. – 2002. – Vol. 204, № 1/6. – P. 299–310. https://doi.org/10.1016/s0030-4018(02)01202-6

19. More precise determination of thermal lens focal length for end-pumped solid-state lasers / S. Fan [et al.] // Opt. Commun. – 2006. – Vol. 266, № 2. – P. 620–626. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2006.05.023

20. Thermally induced diffraction losses for a Gaussian pump beam and optimization of the mode-to-pump ratio in an end-pumped Nd:GdVO4 laser / Y. T. Wang [et al.] // Laser Phys. – 2013. – Vol. 23, № 10. – P. 105–109. https://doi.org/10.1088/1054-660x/23/10/105002

21. Brosnan, S. J. Optical parametric oscillator threshold and linewidth studies / S. J. Brosnan, R. L. Bayer // IEEE J. Quantum Electron. – 1979. – Vol. 15, № 6. – P. 1415–432. https://doi.org/10.1109/jqe.1979.1070027

22. Hansson, G. Transmission measurements in KTP and isomorphic compounds / G. Hansson, H. Karlsson // Appl. Opt. – 2000. – Vol. 39, № 27. – P. 5058–5069. https://doi.org/10.1364/ao.39.005058