Исследование усиления фемтосекундного лазера в кристаллах MgO:LiTaO₃ с периодическими нелинейными свойствами

В данной работе представлено теоретическое исследование процесса параметрического усиления оптического излучения в кристаллах с периодической модуляцией квадратичной нелинейной восприимчивости на примере MgO:LiTaO₃. Особое внимание уделено анализу влияния основных факторов, таких как линейное поглощение и дисперсия, на эффективность процесса. Установлено, что в инфракрасном спектральном диапазоне эффекты линейного поглощения и дисперсии существенно влияют на коэффициент усиления сигнальной волны, определяя динамику перераспределения энергии и спектральные характеристики получаемого излучения. В исследовании предложен новый подход к оптимизации длины домена относительно длины когерентности, что позволило достичь эффективности до 18% за счет точной настройки, превосходящей ранее опубликованные результаты для аналогичных материалов. Полученные результаты имеют важное значение для оптимизации параметров нелинейных кристаллов, разработки эффективных схем параметрического усиления и создания перспективных оптических устройств, работающих в инфракрасном диапазоне.

1. Kroll H. Parametric amplification in spatially extended media and application to the design of tunable oscillation at optical frequencies. Physical Review, 1962, 127, 1207.

2. Yakovlev I.A., Akhmanov S.A., Khokhlov R.V. Problems of nonlinear optics. Advances in Physical Sciences, 1965, 85 (3), P. 579–581.

3. Kingston R.H. Parametric amplification and oscillation at optical frequencies. Proceedings of the Institute of Radio Engineers, 1962, 50 (4), 472.

4. Wang C.C., Racette G.W. Measurement of parametric gain accompanying optical difference frequency generation. Applied Physics Letters, 1965, 6 (8), P. 169–171.

5. Akhmanov S.A., Khokhlov R.V. Parametric amplifiers and light generators. Advances in Physical Sciences, 1966, 88 (3), P. 439–460.

6. Sabirov O.I., Assanto G., Sapaev U.K. Efficient third-harmonic generation by inhomogeneous quasi-phase-matching in quadratic crystals. Photonics, 2023, 10 (1).

7. Sabirov O.I., Akbarova N., Atadjanova N., Sapaev U. Efficient realization of infrared coherent radiation by the method of parametric light amplification in nonlinear photonic crystals. J. of Physics: Conference Series, 2021, 2131 (5).

8. Stensson K., Bj¨ork G., Gallo K. Green-pumped parametric downconversion in hexagonally poled MgO:LiTaO3. Proceedings of the Conference “Advanced Solid-State Lasers”, 2014, Atu3A-5, P. 47–49.

9. Liu Y.H., Xie Z.D., Ling W., Yuan Y., Lv X.J., Lu J., Hu X.P., Zhao G., Zhu S.N. Efficiency-enhanced optical parametric down conversion for mid-infrared generation on a tandem periodically poled MgO-doped stoichiometric lithium tantalate chip. Opt. Express, 2011, 19, P. 17500–17505.

10. Satoshi E., Ashihara S. Comparative study on light-induced absorption between MgO: LiNbO3 and MgO: LiTaO3. J. of Applied Physics, 2011, 110 (6).

11. Sabirov O.I., et al. High efficient optical parametric amplification of femtosecond pulses in MgO doped PPLN crystals at 3.4 m. Optical and Quantum Electronics, 2023, 55 (8).

12. Dolev I., et al. Linear and nonlinear optical properties of MgO:LiTaO3. Applied Physics B, 2009, 96, P. 423–432.

13. Alexandrovski A.L., et al. UV and visible absorption in LiTaO3. Laser Material Crystal Growth and Nonlinear Materials and Devices, 1999, 3610, P. 44–51.

14. Sapaev U.K., Kutzner J., Finsterbusch K. Optimization of type-II frequency doubling of spatial and temporal limited laser light in nonlinear crystals. Optical and Quantum Electronics, 2005, 37, P. 515–527.

15. Sabirov O.I., et al. On the theoretical analysis of parametric amplification of femtosecond laser pulses in crystals with a regular domain structure. Physics of Wave Phenomena, 2022, 30 (4), P. 277–282.