Изучение влияния поглощения в процессе параметрического усиления лазерного излучения в кристалле MgO:LiTaO₃

Аннотация

В данном исследовании численно смоделирован процесс оптического параметрического усиления (ОПУ) лазерного излучения в кристалле литий танталата, легированного MgO (MgO:LiTaO₃), с использованием программной среды Matlab. Целью исследования было выявление основных ограничивающих факторов при усилении сигнальной волны в инфракрасном спектральном диапазоне с учетом линейного поглощения, нелинейности третьего порядка и дисперсии. Результаты показали, что дисперсия значительно ограничивает эффективность усиления при длительности импульса менее 10 фс, тогда как поглощение становится доминирующим фактором при толщине кристалла более 1.2 мм. Полученные результаты открывают путь к разработке передовых оптических усилителей для телекоммуникационных и ультракоротких лазерных систем и выделяют данный материал на фоне традиционных альтернатив, таких как BBO.

Цель. Получение аналитического выражения для эффективности сигнальной волны с учетом изменений доменной структуры и нелинейных эффектов, а также предложение нового подхода к оптимизации частотного преобразования в MgO:LiTaO₃.

Материалы и методы. Сокращённые нелинейные связанные волновые уравнения решались методом расщепления по шагам, с использованием четвертого порядка метода Рунге-Кутты и быстрого преобразования Фурье (БПФ), при условиях квазифазовой синхронизации (КФС).

Результаты. При длительности импульса менее 10 фс дисперсия снижает эффективность на 15–20 %, в то время как поглощение при толщине кристалла более 1.2 мм вызывает потери до 30 %.

Вывод. Полученное аналитическое выражение служит основой для оптимизации процесса ОПУ в MgO:LiTaO₃ и открывает путь к разработке новых оптических усилителей, способных повысить эффективность телекоммуникационных и ультракоротких лазерных систем до 50 %.