Преобразователь частоты

ависимое от авт. свидетельствааявлено 06.1,969 (Ло 1320250/26-2присоединением заявки1 риоритет Кл. 21 д, 53,Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР,Ч 1 ПК Н 01 зхДК 621.375,8(088.8) Опубл вано ОЗ.Ч 1,1970, Бюллетеньата опубликования описания 21.Х.19 Авторы зобретения окуть, Н, С, Казак, А, С. Лугина и авки ститут физики АН Белорусской СС аявител РЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ЧАСТОТЪ 5 Изооретение относится к области нелинеиной оптики и может бьть использовано для связи и локации в различных областях науки и техники.В настоящее время для умножения (генера ции вторых, третьих гармоник) и смешения излучения (генерации суммарных и разностных частот) оптических квантовых генераторов, а также для перестройки частот применяются нелинейные кристаллы, вырезанные в виде 10 плоскопараллельной пластинки перпендикулярно направлению фазового согласования, с которым совпадает волновая нормаль. Это направление определяется утлом О между волновой нормалью и оптической осью кристалла 15 г и углом р между проекцией волновой нормали на плоскость х, у, и осью х (см например, С. Л. Аманов, Р. В. Хохлов Проблемы нелинейной оптики, М., 1964).Однако преобразователь частот, выполнен ный в виде плоскопараллельной пластинки, имеет ряд существенных недостатков:сравнительно низкий к.п,д. при преобразовании расходящихся или сходящихся пучков излучений оптических квантовых генераторов; 2малую 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 ЗО при больших углах падения потери на отражения достигают значительных величин:неэффективное использование фокусировки основного излучения, при которой интенсивность основного излучения хотя и возрастает, но за счет увеличивающейся при этом расходимости пучка к.п.д. преобразования уменьшается.Целью изобретения является эффективное использование фокусировки пучков для повышения к.п.д. преобразования, сведение до минимума потерь на отражение основного излучения и использование одного среза нелинейного кристалла для преобразования частот во всем диапазоне прозрачности этого кристалла.Для этого предлагаемый преобразователь вь 1 полнен из нелинейного кристалла, имеющего форму части прямого полого цилиндра, ограниченной двумя плоскостями, проходящими 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 угла фазового согласования О. Отклонение лучей 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 предлагае. мый преобразователь.Преобразователь с цилиндрическими по. верхностями 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 ОУ. угол Оо изменяется на величину + у. Тогда угол фазового согласования О поворотом кристалла вокруг оси 0 можно изменять в пределах О=Оо+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 углом 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=0 о+ Л, Величина фазовой расстройки определяется формулойВ . 1где Р - диаметрния 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 урав нения (1) следует о = - (и - 1),й 2 г(2) т. е, г, Р и б связаны между собой таким об разом, что фазовая расстройка обращается внуль, В результате к.п.д, преобразования заметно увеличивается для фокусированных пучков. 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 30 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, чтовнутренняя полость цилиндра выполнена в форме плоскости,50 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, чтовнутренняя полость цилиндра выполнена в форме части цилиндрической поверхности отрицательной кривизны. 1. Преобразователь частоты, выполненныйиз среза нелинейного кристалла, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности преобразованного излучения и осуществления 35 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, 402. Устройство по п. 1, отличающееся тем, чтовнутренняя полость цилиндра выполнена в ви-, де части цилиндрической поверхности положительной кривизны.45Составитель И. Б. Старосельская едактор Т, 3. Орловская Техред А. А, Камышникова Корректор С. М, Сига Заказ 3021/19 Тираж 480 Подписи о ЦНИИГ 1 И Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров ССС Москва, Ж, Раушская наб., д. 415 ипография, пр, Сапунова, 2