Přeladitelné lasery, optické parametrické generátory a ramanovské lasery

1. Přeladitelné lasery,optické parametrické generátoryaramanovské lasery Laserové systémy 2009-2010

2. Přeladitelné lasery,optické parametrické generátory a ramanovské lasery I. Klasické lasery-“monochromatické“ Nd:YAG, rubín, He-Ne atd. Lze přelaďovat pouze diskrétně mezi jednotlivými přechody a generovat nové vlnové délky metodami nelineární optiky. Př: Generace v Nd:YAG na vlnových délkách 1.06um, 1.32 um, 1.44 um… Generace vyšších harmonických frekvencí.:0.532 um, 0.355 um… II. Přeladitelné pevnolátkové lasery: Ti:safír, Alexandrit, forsterit… - vibrační hladiny, lze přelaďovat spojitě v širokém rozsahu. III. Optické parametrické generátory. Založeny na třívlnové interakci světelných vln v nelineárním prostředí. Dochází k výměně energie mezi čerpací, signálovou a jalovou vlnou. Spojitě přeladitelné v širokém rozsahu. IV. Ramanovské lasery - využívají stimulovaného Ramanova rozptylu v plynných a pevných látkách. Diskrétní ladění.

3. Vlnové délky nejpoužívanějších laserů

5. I. Klasické lasery-“monochromatické“ Nd:YAG, rubín, He-Ne atd. Lze přelaďovat pouze diskrétně mezi jednotlivými přechody a generovat nové vlnové délky metodami nelineární optiky. Př: Generace v Nd:YAG na vlnových délkách 1.06um, 1.32 um, 1.44 um… Generace vyšších harmonických frekvencí.:0.532 um, 0.355 um…

6. Přelaďování Nd:YAG laseru

7. Vlnové délky generované Nd:YAG laserem

8. Metody přelaďování vlnové délky • Dichroickými zrcadly (diskrétní ladění, potlačení jiných vlnových délek) • Disperzními hranoly v rezonátoru • Mřížkami v rezonátoru (uzší spektrum) • Dvojlomými etalony

9. Dvoufrekvenční Nd:YAG Laser

10. Přelaďování disperzním hranolem

11. Dual wavelength generation of a diode pumped Nd:GdVO4 laser at 1063 and 1066 nm Václav Kubeček*, Michal Drahokoupil, Petr Zátorský, Miroslav Čech and Petr Hiršl Czech Technical University, Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Brehova 7, 115 19 Prague 1, Czech Republic SPIE Photonics Europe 08: Paper 6998-32

12. Fluorescent spectra of Nd:GdVO4 Czeranowsky et.al. , Optics Communications 205 (2002) 361-36

13. 912 nm /456 nm Czeranowsky et.al. Opt. Communications 205 (2002) 361-36 1340 nm/670 nm Agnesi et al. Opt. Lett. 29, (2004) 56-58 1082.4 – 1083.5 nm Chen et. al. Opt. Lett. 30, (2005) 2107-2109 This work : 1063 nm and 1066 nm lasing of Nd:GdVO4 in a bounce geometry. Nd:GdVO4 lasingatdifferentwavelengths from 1063nm

14. Experimental setup(grazing incidence geometry *) M3 (R3= 30% or 88 %) POL M2 WP Nd:GdVO4 M1 λ/2 waveplate LD M1 - flat rear mirror, M2 - folding mirror (concave 1-m radius of curvature), M3- flat and wedged output coupler with reflectivity of 30% or 88 %, LD – 100 W QCW laser diode array, AM – active medium slab, WP-wave plate, POL-polarizer * A.J. Alcock and J.E. Bernard, “Diode-pumped grazing incidence slab lasers,”IEEE J. Sel. Topics in QE, 3, 3-8 (1997)

15. Active medium and laser diode Slab crystal:Nd:GdVO4–1% Nd 16x4x2 mmFOCtek, China 16 mm AR @ 808 nm AR @ 1064 nm 4 mm AR @ 1064 nm AR @ 808 nm 14 mm

16. Output characteristics of the dual frequency Nd:GdVO4 laser. Rout = 30 %, tpump = 100 us, R out = 88 %, tpump = 150 us Efficiency : 38 %/15% Efficiency : 33 %/28%

17. Measured spectra of Nd:GdVO4 laser Ocean Optics HR 2000 fiber spectrometer (resolution 1 nm)

18. M3 (R3= 88%) WP LD DUAL wavelength laser WITHOUT POLARIZER - TUNING BY M1 ONLY M2 AM M1 1063 nm, E out 4,6 mJ TEM00 1066 nm, Eout: 3.5 mJ TEM00/4,6 mJ TEM01 DUAL WAVELENGTH, Eout 4 mJ TEM01, (1,5 mJ 1063, 2.5 mJ 1066) Pump 99,9 A, 150 us, 50Hz

19. II. Přeladitelné pevnolátkové lasery: Ti:safír, Alexandrit, forsterit… - vibrační hladiny, lze přelaďovat spojitě v širokém rozsahu.

20. II. Generace-Pevnolátkové vibrační přeladitelné lasery od r. 1984

21. Vibrační lasery- principy • Laditelnost je dosažena vazbou mezi stimulovanou emisí fotonu a emisí vibračního kvanta (fononu) • Celková energie přechodu je fixní ale může být rozdělena mezi fotony a fonony spojitým způsobem • Interakce mezi Coulomb polem laserového iontu, polem krystalové mříže a elektron-fononovou vazbou • Zisk ve vibračních laserech závisí na přechodech nei vázanými vibračními a elektronovými stavy.

22. Parametry nejpoužívanějších krystalů přeladitelných laserů

23. Aktivní materiály

24. Nejvýznamnější představitel –Titan:safírový laser

26. Příklad pulzně buzeného Ti:Sa laseru

27. Charakteristiky pulzně buzeného Ti:Sa laseru

28. Příklad pulzně buzeného Ti:Sa laseru s uzší spektr. šířkou

29. Kontinuálně buzený Ti:Sa laser

30. Kompaktní Cr:YAG lasery- oblast kolem 1.5 um

31. Yterbiove lasery

32. Závěr • PVL lasery lze přelaďovat od 600 nm do 4500 nm.

33. Optické parametrické generátoryaramanovské lasery Laserové systémy 2009-2010

34. … III. Optické parametrické generátory. Založeny na třívlnové interakci světelných vln v nelineárním prostředí. Dochází k výměně energie mezi čerpací, signálovou a jalovou vlnou. Spojitě přeladitelné v širokém rozsahu.

36. Optická parametrická generace a zesilování • Nelineárně optický proces probíhající v nelineárním krystalu, kdy za určitých podmínek světelná vlna o kruhové frekvenci w(p) předá svoji energiidvěma vlnám o frekvencíchw(s) a w(i). • Musí platit • w(p) =w(s) +w(i). (Zachování energie) • k (p)=k(s)+k(i).(zachování impulsu ) • Třívlnová interakce, je popsána složkou nelineární susceptibility c (2) • Využívá optickou vlnu o nejkratší vlnové délce ke generaci dvou vln o vyšších vlnových délkách. • První OPG – Giordmaine a Miller, 1965 • Laser 1960- Maiman

37. Parametrické zesílení

38. Parametrická generace

39. Rezonátory OPG

40. Metody přelaďování vlnové délky Natáčením krystalu Laděním teploty krystalu Jedná se o splnění podmínky fázového synchronismu

41. BBO OPO čerpaný harmonickými Nd laseru

42. Příklad pulzně buzeného OPO

43. Parametry OPG

44. OPG Příklady: www.ekspla.com

45. Závěr • OPG lasery lze přelaďovat od 250 nm do 6000 nm.

46. IV. Ramanovské lasery - využívají stimulovaného Ramanova rozptylu v plynných a pevných látkách. Diskrétní ladění.

47. Ramanovské lasery dochází k nepružnému rozptylu čerpacích fotonů a část jejich energie je předána prostředí- např vibrační kmity molekul či elektronová excitace • Princip: Stimulovaný Ramanův rozptyl • Nelineárně optický jev 3. řádu • Susceptibilita c (3) • Generace diskrétních frekvencí • sStokes, Ramanovský posuv, Stokesova frekvence, antistokesova frekv

48. Ramanovská prostředídochází k nepružnému rozptylu fotonů a část jejich energie je předána prostředí- např vibrační kmity molekul či elektronová excitace • Plyny • Pevné látky (krystalické) • Skla- optická vlákna

49. Schemata Raman. laserů

50. Plynné prostředí