Тема: Генерирование второй гармоники в ламповом CW YAG лазере

[V. Frankenstein]

В распоряжении есть ламповый лазер ЛТИ501 с квантроном к301А (возможна замена на к301В), есть нелинейные кристаллы -- ниобат лития без оправы, ниобат натрия-бария в подогреваемой оправе, КДП для генерирования 4ой гармоники. Последние откладываем сразу. Кроме того етсь масса совместимых с исходным лазером зеркал. Задача - получить мощный зелёный лазер. Начал эксперименты.

Из книг известно что в непрерывном режиме нелинейныый кристалл ставится внутрь резонатора если лазер непрерывный. Заменил в лазере родные зеркала (сферическое глухое и плоское выходное 23%) двумя глухими плоскими, тщательно все съюстировал.  Акустооптический затвор выкинул -- запускать его не от чего. В первом эксперименте поместил в резонатор кристалл ниобата лития -- удвоенная частота генерируется, но слабо. Кристалл разогревается поглощая излучение основной частоыт, входит в состояние фазового синхронизма, выплёвывает максмум мощи в пределах нескольких десятков милливат (хуже кетайской указки), разогреваясь дальше выходит из синхронизма и моща падает. FAIL.

Во втором эксперименте я взял кристалл ниобата натрия-бария, который вместе с подогреваемой оправой достал из труЪ непрерывного лазера ЛТН402 с удвоением частоты. который в свои лучшие времена давал 500 мВт зелени. Его я жёстко установил на столик от акустооптического затвора и поставил в резонатор. Наблюдаемая до этого линия из искрящихся пылинок вдоль пути луча, свидетельствующая о большой интенсивности излучения внутри резонатора исчезла -- генерация сорвалась. После тщательной юстировки я на выходе лазера увидел слабенькое зелёное пятно, интенсивность которого не менялась. Кроме того интенсивность основного излучения в резонаторе была смехотворно мала -- пылинки уже не горели вдоль "трассы" луча. С чем может быть это связанно? Кристалл не вносит потерь в резонатор для основного излучения. О кристалле известно то, что он очень слабо поглощает излучение основной частоты. Следовательно не происходит саморазогрева. Подал регулируемое напряжение на подогреватель удалось более-менее управляемым образом найти темепературу фазового синхронизма, когда мощность удвоенной частоты максимальна. Она составила примерно такую же величину как и в первом эксперименте -- не больше нескольких десятков милливат. Попытка внести в резонатор линзу чтобы сфокусировать в кристалле излучение привела к срыву генерации. Снова FAIL. Кроме того в обоих экспериментах излучение 532 нм выходит с обоих концов лазера, циркулируя через квантрон. Может ли это влиять на процесс генерации?

Что можно сделать для улучшения эффективности преобразования? Мне на ум приходит пока только одно решение -- вместо к301А поставить к301В (который не на 20 а на 130 Вт) и диафрагму для выделения нулевой моды излучения. В ЛТН401 и 402 применён вообще ломанный в Z-схему резонатор, квантрон которой стоит в диагонали. Но так ли это надо?

пара фоток предметов эксперимента.
Собственно, лазер

Кристалл ниобата натрия-бария в оправе.



Генерация зелени с использованием ниобата лития (ранние эксперименты)

[Gall]

С кристаллом что-то не то. Сориентирован неправильно? Поляризация? "На дурачка" можно внести в резонатор стеклышко под углом Брюстера, чтобы сделать поляризацию определенной. Во всяких кривых-косых-кольцевых резонаторах поляризация задается естественными причинами.

[V. Frankenstein]

Кристалл стоит в том пространственном положении в котором он был установлен в ЛТН-402.  Со стеклышком попробую. При разъюстировке кристалла -- пятно излучения расщепляется на много маленьких стоящих в линию и мощность естественно падает. Вот пара фоток со свежих экспериментов, хотя я не уверен в их информативности.

[V. Frankenstein]

Поставил квантрон К301В -- с ним кристалл в оправе напрочь отказывается работать. Срывает генерацию в резонаторе и все.  Крситалл ниобата лития работает и относительно неплохо, однако быстро разогревается излучением и выходит из синхронизма. Нужна термостабилизация.

[avrerum]

а атм нет пельте???? и еще попробуй покрутить кристалл вокруг оси... поверь мне...

[Gall]

По симптомам - поляризация 1064 не подходит к ориентации кристалла. Крутить надо. И надеяться, что поляризация линейная. Преобразование гармоник на случайно поляризованном луче не работает.

[V. Frankenstein]

А что тогда задает поляризацию излучения в оптической схеме ЛТИ701, которая делалалсь на базе ЛТИ502? Квантрон тут стоит к301Б (40 Вт), нелинейный кристалл -- иодат лития размером 10*10*10 мм без термостабилизации. Оба зеркала с торцов излучателя -- глухие, элемент перед нелинейным кристаллом -- фильтр отражающий 532 и пропускающий 1064.

Вот ещё оптические схемы ЛТН401 и 402, где нет акустооптического затвора но есть фокусировка  луча в кристалле. Каким образом задается поляризация излучения? отражение луча от "поворотного" зеркала под углом Брюстера?

Ещё почему-то с выходным вогнутым зеркалом резонатора к301В генерить отказался, а к301А генерил неустойчиво -- пятно генерации попросту мигало непредсказуемо. Скорее всего дело в неверной длине резонатора. Ставил вогнутое зеркало для того чтобы в его фокусе поставить нелинейный кристалл, тем самым повысив в нем плотность мощности.

[Gall]

Для задания поляризации достаточно, чтобы усиление на разных поляризациях отличалось на пару процентов. Тогда более сильная мода затянет на себя всю генерацию.

Во всех лазерах с косыми отражениями поляризация однозначно определяется зеркалами. Они диэлектрические и, хоть стоят и не под углом Брюстера, все равно коэффициент отражения на разных поляризациях чуть-чуть разный.

В ЛТИ-701 поляризацию задавал, вероятно, затвор. Он акустоптический, а значит, в нем кристалл под косым углом.

Я потому и говорил про косое стеклышко. В резонаторе лазера достаточно любого асимметричного элемента, чтобы затянуть на себя поляризацию. Луч проходит через резонатор много раз, и малейшая разница в усилении сразу задает моду. Есть, правда, обратный эффект - выжигание "дырок", но он обычно достаточно слаб и не мешает. Достаточно может быть даже сместить АЭ, чтобы он шел под небольшим углом, и компенсировать это юстировкой зеркал. У некоторых АЭ торцы косые.

Проблема центрально-симметричных конструкций как раз в том, что в них поляризация всегда случайна. И вот тут нелинейный кристалл играет коварную роль: он сжирает "правильную" поляризацию, тем самым способствует генерации на "неправильной" моде! Если нет других поляризующих элементов, то эту роль сыграет кристалл - и сыграет не в ту сторону. У вас, я так понимаю, именно это и происходит: начинается генерация гармоники, резонатор разгружается, паразитная мода разгрузки не претерпевает и усиливается, забирая на себя всю энергию накачки. Упс.

[V. Frankenstein]

Спасибо за развернутый ответ, буду экспериментировать дальше.

[V. Frankenstein]

Удалось хорошо настроить лазер с к301В и получить порядка 60 Вт выходной мощности при пропускании выходного зеркала 23%. Наигравшись с прожиганием консервных банок, заглушил резонатор.  Кристалл ниобата лития хорошо и ярко генерит 532 нм, похоже он является перспективным вариантом для экспериментов. Однако перегревается и выпадает из синхронизма за несколько секунд. Как правильно организовать крепление и охлаждение кристалла? Как сделать термостабилизацию?

[Gall]

Сделать фрезерованное крепление из любого подходящего металла, дальше уже смотреть. В лучшем случае просто охлаждать водой, в худшем сажать на Пельтье.

[okulyar]

Всех приветствую. По поводу ГВГ могу посоветовать следующее:
1. Как предлагал Gall корпус сделать для элемента (алюминий или медь) и ОБЯЗАТЕЛЬНО водой охлаждать.
2. По возможности сделать небольшой термостат (с электронным управлением).

Понимаю - написать то легко, а сделать это дело другое.

И пару вопросов:
1. Почему сильно греется - поглощение у ниобата на 1064 нм небольшое. Греться он естественно будет, но должен не очень сильно. Боковые грани отполированы или зашлифованы? Сам кристалл в оправе или нет?
2. Какая апертура пучка?

[V. Frankenstein]

Боковые грани кристалла просто шлифованы до матовой поверхности.  Не сказать что он сильно греется, но саморазогрев его достаточен чтобы проскочить температуру синхронизма. Оправы у кристалла как таковой нет -- он просто закреплён на алюминиевой пластине временно. Пучок на входе кристалла круглый, диаметром около 6 мм (без диафрагмы в резонаторе) или 3.2 мм (с диафрагмой, для выделения моды ТЕМ00). В дальнейшем собираюсь установить его в нормальную оправу, охлаждать её с помощью пельтьешки, а горячую сторону пельтьешки посадить на водоблок, охлаждаемый водой, отбираемой из охлаждения квантрона.

Кроме того, пробовал вносить в резонатор стеклянную пластинку, которую крутил под разными углами. В определённом положении это давало эффект -- пучок зелени приборетал более правильную форму по сечению и становился тонким как у указки. Был ещё эффект увеличения мощности генерации, но держа пластинку руками добиться устойчивой его повторяемости не выходит.  С платсинками разной толщины получалось по-разному. Эта пластинка случайно помимо прочего не должна быть полу- или четвертьволновой?

[Gall]

Пластинка подразумевается НЕ двупреломляющая, т.е. никак не меняющая поляризацию. Я предложил стеклянную пластинку под углом Брюстера просто как дешевый и надежный способ частично поляризовать луч для селекции мод. Лазеру много не надо, пары процентов разницы в добротности резонатора на разных модах достаточно, чтобы произошла селекция. Плоскопараллельная пластинка может, помимо всего прочего, сработать как эталон Фабри-Перо.

[V. Frankenstein]

Так она и не была двулучепреломляющей -- взял первый попавшийся плоский кусок стекла.