Преобразователь частоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских Социалитстических

Республик

275258

Зависимое от авт. свидетельства No

Кл. 2lg, 53,/00

Заявлено 06.111.1969 (Лт 1320250/26-25) с присоединением заявки М

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Приоритет

Опубликовано ОЗ.Ч1!.1970. Бюллетень М 22

Дата опубликования описания 21.Х.1970,х1ПК Н 01з х ДK 621.375,8(088.8) Авторы изобретения

Б. В. Бокуть, Н. С. Казак, А. С. Лугина и А. Е. Савкин

Институт физики АН Белорусской ССР

Заявитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области нелинейной оптики и может быть использовано для связи и локации в различных областяx науки и техники.

В настоящее время для умножения (генерации вторых, третьих гармоник) и смешения излучения (генерапии суммарных и разностных частот) оптических квантовых генераторов, а также для перестройки частот применяются нелинейные кристаллы, вырезанные в виде плоскопараллельной пластинки перпендикулярно направлению фазового согласования, с которым совпадает волновая нормаль. Это направление определяется углом О между волновой нормалью и оптической осью кристалла

z и углом р между проекцией волновой нормали на плоскость х, у, и осью х (см., например, С. Л. Аманов, P. В. Хохлов «Проблемы нелинейной оптики», М., 1964).

Однако преобразователь частот, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки, имеет ряд существенных недостатков: сравнительно низкий к.п.д. при преобразовании расходящихся или сходящихся пучков излучений оптических квантовых генераторов; малую эффективность работы в случае преобразования и перестройки частот в широком интервале прозрачности преобразователя, так как при этом основное излучение падает на преобразователь не нормально, в то же время при больших углах падения потери на отражения достигают значительных величин: неэффективное использование фокусировки основного излучения, при которой интенсивность основного излучения хотя и возрастает, »о за счет увеличивающейся при этом расходимости пучка к.п.д. преобразования уменьшается.

Целью изобретения является эффективное

10 использование фокуси oBKH пучков для повышения к.п.д. преобразования, сведение до миHIDIóìà потерь на отражение основного излучения и использование одного среза нелинейного кристалла для преобразования частот во

15 noose диапазоне прозрачности этого кристалла.

Для этого предлагаемый преобразователь выполнен из нелинейного кристалла, имеющего форму части прямого полого цилиндра, oIраниченной двумя плоскостями, проходящими

2о через ось и образующую цилиндрической поверхности.

Внутренняя полость цилиндра представляет собой часть цилиндрической поверхности положительной кривизны, внутренняя полость цилиндра — часть цилиндрической поверхности отрицательной кривизны.

Внутренняя полость цилиндра может иметь форму плоскости.

Эффективность преобразования зависит от

30 угла фазового согласования О. Отклонение лу275258 чей от угла фазового согласования на несколько минут резко уменьшает выход преобразованного излучения. Чтобы увеличить к.п.д. преобразования, необходимо, чтобы все лучи пучка входили в кристалл под углом О, а для этого по законам отражения и преломления электромагнитных волн кристалл должен иметь цилиндрическую или сферическую поверхность, Минимум потерь на отражение при преобразовании достигается тем, что для любого угла фазового согласования О, соответствующего данным частотам, падение на цилиндрическую поверхность будет нормальным, а не наклонным. На таком одном срезе можно осуществлять преобразование частот при любых углах О, допустимых прозрачностью кристалла для взаимодействующих в нем волн.

На чертеже схематично показан предлагаемый преобразователь.

Преобразователь с цилиндрическими поверхностями устанавливается на поворотном столике, ось вращения которого совпадает с осью цилиндрической рабочей поверхности кристалла. Пучки основного излучения, падающие на поверхность кристалла, должны пересекать ось вращения под прямым углом. При повороте кристалла на произвольный угол у от положения OL угол Оо изменяется на величину +.ó. Тогда угол фазового согласования О поворотом кристалла вокруг оси О можно изменять в пределах 0=0o+-у, тем самым на одном срезе осуществляя частотное преобразование и перестройку в заданном диапазоне длин волн. При этом для любых взаимодействующих частот, которым соответствует свой угол

О, потери на отражение будут минимальными, так как основное излучение падает нормально на преобразователь.

Если центральный луч расходящегося пучка основного излучения падает на преобразователь под утлом фазового согласования Оо, то для крайних лучей пучка будет наблюдаться фазовая расстройка, т. е. эти лучи будут распространяться в кристалле не под углом О к оптической оси, а под углами 0=00+.Л. Величина фазовой расстройки определяется формулой :- J

D . 1

+ Л = arcsin — — arcsin — y, 2r1 и

D ) 2

Х cos + 1 — — -sino, (1) 2г, 4r

1 где D — диаметр ния на поверхности расходимости, ив основного излучения

5 пучка основного излучекристалла, б — угол его показатель преломления в кристалле.

Выбором диаметра пучка, величины расходимости и радиуса преобразователя можно добиться обращения в нуль величины фазовой расстройки Л. В первом приближении из урав10 нения (1) следует о = — (а — 1), D

2r (2) т. е. r, D и б связаны между собой таким об15 разом, что фазовая расстройка обращается в нуль, В результате к.п.д. преобразования заметно увеличивается для фокусированных пуч- ков. Учитывая, что предлагаемый преобразователь работает как сужающая пучок линза, 20 основное и преобразованное излучения на выходе из него должны иметь большую плотность, чем при использовании преобразователя, выполненного в виде плоскопараллельной пластинки.

25 Описанный преобразователь может быть использован в качестве основного элемента нелинейного спектрографа.

Предмет изобретения

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя полость цилиндра выполнена в форме плоскости, 50 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя полость цилиндра выполнена в форме части цилиндрической поверхности отрицательной кривизны.

1. Преобразователь частоты, выполненный из среза нелинейного кристалла, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности преобразованного излучения и осуществления

3> преобразования частоты на любой длине волны, он выполнен в форме части прямого полого цилиндра, ограниченной двумя плоскостями, проходящими через ось и образующую цилиндрической поверхности соответственно.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя полость цилиндра выполнена в ви-, де части цилиндрической поверхности положительной кривизны.

275258

Составитель И. Б. Старосельская

Редактор Т. 3. Орловская Техред А. А. Камышникова Корректор С. М. Сигал

Заказ 3021/19 Тираж 480 Подписное

ЦНИИГ1И Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 415

Типография, пр. Сапунова, 2