Генерация когерентного ВУФ излучения, непрерывно перестраиваемого вплоть до 121 нм, в тетраборате стронция

В ЛКО в сотрудничестве с ЛКФ и Институтом М. Борна (Берлин) выполнен цикл исследований нелинейно-оптических свойств ростовых доменных структур в кристаллах орторомбической модификации тетрабората стронция (α-SBO), который представляет собой перспективный нелинейно-оптический материал для ВУФ области спектра. Поскольку угловой синхронизм и сегнетоэлектричество в α-SBO отсутствуют, фазовое согласование при нелинейно-оптическом преобразовании возможно только за счёт случайного квазисинхронизма либо нелинейной дифракции на существующих в α-SBO ростовых нерегулярных нелинейных фотоннокристаллических структурах. НФК α-SBO, получаемые в разных ростовых экспериментах, имеют структуру, которая может благоприятствовать тому или иному виду нелинейно-оптического процесса в разных областях спектра. Для генерации ВУФ был выбран образец НФК толщиной 928 мкм, который показал наилучшие результаты при генерации излучения в области 200 нм. В качестве источника накачки использовалась третья гармоника фемтосекундной лазерной системы на титан-сапфире (на 266 нм, частота повторения 1 кГц, длительность 70 фс) либо вторая гармоника фемтосекундного параметрического усилителя (242-344 нм, 0.2 – 3 мкДж). Диаметр пучка накачки в НФК составлял 300 мкм. ВУФ излучение анализировалось монохроматором McPherson 234/302, оборудованном матричным ПЗС приёмником Andor D0420-BN-995, оптимизированным для регистрации ВУФ излучения. Нормированные спектры полученного ВУФ излучения приведены на рис. 2-1.

Рис. 2-1. Спектры ВУФ излучения, полученного в НФК α-SBO

Излучение на 121 нм, полученное в ходе данного эксперимента, является самым коротковолновым когерентным излучением, полученным к настоящему времени в твёрдом теле. Эффективность преобразования была измерена на длине волны 160 нм и составила величину порядка 5·10^-5, что является типичным значением, характерным для сильно рандомизированных НФК α-SBO, доступных при существующей технологии. Обнаружено, что зависимость энергии генерируемых импульсов при малых энергиях накачки является квадратичной, а при увеличении энергии накачки меняется на близкую к линейной. Это указывает на присутствие ограничивающего фактора, наиболее вероятно связанного с двухфотонным поглощением генерируемого излучения в присутствии поля накачки на межзонном переходе материала НФК. Полученное в НФК α-SBO ВУФ излучение использовано для измерения поглощения на длине волны 160 нм. Как оказалось, коэффициент поглощения в образце, полученном в ИФ СО РАН, более чем на порядок меньше, чем таковой в образце, выращенном в Китае.

1. Aleksandrovsky A.S., Vyunishev A.M., Zaitsev A.I. Random quasi-phase-matching and nonlinear diffraction in nonlinear photonic crystal structures of strontium tetraborate. // 9th International Conference "UFO 2013", Davos. 4-8.03.2013, P.34, Fr2.3.
2. Trabs P., Noack F., Aleksandrovsky A.S., Vyunishev A.M., Zaitsev A.I., Radionov N.V., and Petrov V. Generation of fs-pulses down to 121 nm by frequency doubling using random quasi-phase-matching in strontium tetraborate. // 9th International Conference "UFO 2013", Davos. 4-8.03.2013, P.34, Fr2.4.
3. A.S. Aleksandrovsky, A.M. Vyunishev, A.I. Zaitsev, P. Trabs, F. Noack, V. Petrov, V.V. Slabko, N.V. Radionov, Nonlinear photonic crystals of strontium tetraborate: properties and radiation conversion to the VUV. // VI International Symposium “MODERN PROBLEMS OF LASER PHYSICS” Novosibirsk, Russia, August 25 – 31, 2013, p.23, B1.