Рассказываем, почему некоторые твердотельные лазеры могут излучать как в ИК, так и в видимом диапазоне.
Что такое удвоение частоты?
Удвоение частоты — это преобразование излучения, при котором длина волны становится короче в два раза, а частота — в два раза выше, чем исходная. Такие процессы могут происходить в нелинейных оптических средах.
Целенаправленное удвоение частоты лазера в среде называется также генерация второй гармоники, англ. SHG — second-harmonic generation. Для того, чтобы процесс был эффективным, требуется выполнение нескольких условий.
Условия эффективного преобразования во вторую гармонику
Для эффективного преобразования во вторую гармонику оптическая среда (кристалл) должна обладать нелинейностью второго порядка, т.е. ненулевым показателем ꭓ(2) (хи-квадрат) — это означает, что поляризация атомов с среде зависит от поля нелинейно. Также необходимо согласование фаз падающей и преобразованной волн, которое обычно записывают как Δk = k(2ω) — 2k(ω) = 0. k = 2π/λ — это волновой вектор, он же градиент фазы волны. В нелинейных средах такое соотношение может выполняться, если найдется направление распространения и условия (например, температура), при которых равны показатели преломления для исходной и удвоенной частоты. Если же условие Δk = 0 не выполняется, то по мере распространения в кристалле энергия начнет перекачиваться из преобразованной волны в исходную и обратно, как показано на рисунке.
Поэтому не всегда чем длиннее кристалл, тем лучше — часто намеренно используют тонкие кристаллы, хотя они не дают 100% эффективности преобразования.
Поскольку эффективность растет и с повышением плотности мощности, излучение фокусируют в кристалл.
Какой коэффициент преобразования возможен?
При согласовании фаз и высокой плотности мощности исходного излучения эффективность преобразования часто превышает 50%, в некоторых случаях достигает 80%. Дойти до 90% возможно с flat-top поперечным распределением пучка и прямоугольным временным профилем импульсов.
Какие кристаллы используются для удвоения частоты?
Для генерации второй гармоники чаще всего используются нелинейные кристаллы ниобата лития (LiNbO3), титанил-фосфата калия (KTP, KTiOPO4), а также трибората лития (LBO, LiB3O5).
Как выглядит удвоитель частоты?
Удвоители частоты изготавливаются в отдельном корпусе или могут быть интегрированы в корпус лазера.
Зачем нужно удвоение частоты?
Множество лазерных сред подходят для генерации в инфракрасном диапазоне. Для того, чтобы перевести ИК-излучение в видимый диапазон, подходит удвоение частоты. Так, лазер на основе кристалла Nd:YAG может генерировать излучение с длиной волны 1064 нм. Вторая гармоника будет иметь длину волны 532 нм — это зеленый цвет. Зеленое излучение больше подходит для применения в косметологии и лазерной терапии. Дело в том, что пик поглощения гемоглобина лежит как раз в зеленой части видимого диапазона, поэтому зеленый лазер может эффективно воздействовать на сосуды, не повреждая окружающие ткани.
В последнее время часто можно встретить название «КТР-лазер» — на самом деле это неодимовый лазер с удвоением частоты в кристалле KTP, титанил-фосфата калия.
Подведем итоги
Нелинейное удвоение частоты широко применяется в «зеленых» лазерах. Оптическая схема твердотельных лазеров ЛАССАРД также содержит нелинейный кристалл для генерации второй гармоники. Поэтому они излучают как на длине волны 1064 нм (модель LS-L05-1064), так и 532 нм (модель LS-S02-532).
Лазерные технологии в ЛАССАРД
Приезжайте к нам в шоурум! Мы покажем, как лазерные технологии работают на практике в станках для резки, сварки, маркировки, очистки и упрочнения, а также в гибридном станке 3 в 1.
Наши контакты:
📱 Сайт
👥 ВК
📺 RUTUBE
🏭 Наше производство и шоурум: ОЭЗ «Технополис Москва», 109316, Россия, Москва, Волгоградский проспект, д. 42, корп. 5, пом. 1Н
📞 Наш телефон: +7 495 120 68 86
✉️ Наша почта: sales@lassard.ru
