Non-linéarité du deuxième ordre
La polarisation non linéaire du second ordre du niobate Lithi µm peut être écrite comme,
La matrice 2D décrit le tenseur de non-sensibilité χ (2). Pour 5% de Niobate Lithi µm dopé MgO (MgO: LN) à 1064 nm, D31 = 16h4 / V, D33 = 25pm / V[1].
Le coefficient non linéaire le plus élevé est d33=25pm/V, ce qui correspond aux interactions parallèles à l'axe z, c'est-à-dire une correspondance de phase de type 0. En d’autres termes, toutes les ondes interactives doivent être polarisées électroniquement afin d’obtenir l’efficacité de conversion la plus élevée. Tous nos cristaux sont conçus pour accéder à ce coefficient d33. Pour MgO:LN périodiquement polarisé, le coefficient non linéaire effectif deff est généralement de 14 pm/V.
REMARQUE : Covesion peut proposer des cristaux personnalisés pour les interactions de type I ou de type II, par exemple pour les systèmes de photons intriqués pour la génération de paires polarisées orthogonalement.
Indice de réfraction
L'indice de réfraction dépendant de la température est décrit par l'équation de Sellmeier :
Où le paramètre f est défini comme,
Où T est la température en °C
et les coefficients Sellmeier sont un résonateur optique, également connu sous le nom d'oscillateur paramétrique optique (OPO), dont l'efficacité peut être considérablement améliorée.
| Coefficient de Sellmeier | 5 % MgO:LN [2] | LN non dopé [3] |
|---|---|---|
| a1 | 5.756 | 5.35583 |
| a2 | 0.0983 | 0.100473 |
| a3 | 0.2020 | 0.20692 |
| a4 | 189.32 | 100 |
| a5 | 12.52 | 11.34927 |
| a6 | 1.32E-02 | 1.5334E-02 |
| b1 | 2.860E-06 | 4.629E-07 |
| b2 | 4.700E-08 | 3.862E-08 |
| b3 | 6.113E-08 | -8.9E-09 |
| b4 | 1.516E-04 | 2.657E-05 |
En utilisant ces paramètres dans l'équation de Sellmeier, vous pouvez calculer la variation de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde et de la température. Le tableau ci-dessous présente quelques exemples.
| Température | 532 nm | 780 nm | 1064 nm | 1550 nm | 3500 nm |
|---|---|---|---|---|---|
| 30°C | 2.2260 | 2.1715 | 2.1496 | 2.1320 | 2.0732 |
| 100°C | 2.2485 | 2.1929 | 2.1708 | 2.1530 | 2.0938 |
| 150°C | 2.2673 | 2.2108 | 2.1884 | 2.1705 | 2.1110 |
Le PPLN a un indice de réfraction élevé qui entraîne une perte de Fresnel d'environ 14 % par surface non revêtue. Pour augmenter la transmission à travers nos cristaux, les facettes d'entrée et de sortie du cristal sont recouvertes d'un revêtement AR, réduisant ainsi les réflexions sur chaque surface à moins de 1 %.
Transmission
MGO: LN et LN ont des courbes de transmission très similaires et sont très transparentes de 400 à 4000 nm . L'absorption des matériaux se produit en dessous de 400 nm et supérieure à 4000 nm où le PPLN peut encore être utilisé tant que les pertes peuvent être surmontées. Par exemple, un OPO infrarouge moyen pulsé générant 7,3 µm a été démontré dans PPLN [4] , bien que plus souvent, les OPO basés sur les PPLN fonctionnent souvent jusqu'à 4,5 à 5 µm . De même, pour la région UV, la génération à 386 nm [5] et 370 nm [6] a été démontrée en utilisant un QPM d'ordre 3 RD dans MGO: PPLN.
Les travaux de Schwesyg et al. ont analysé les pertes par absorption de MgO:LN entre 300 et 2950 nm [7] . Leurs données (affichées ci-dessous) fournissent une mesure précise du coefficient d'absorption entre 400 et 800 nm. Leur expérience n'a également révélé aucune bande d'absorption mesurable entre 800 et 2 000 nm .
La figure ci-dessous montre les courbes de transmission du LN et du MgO:LN mesurées par Covesion, montrant la diminution de la transmission pour les deux matériaux. La mesure inclut les réflexions de Fresnel sur les facettes d'entrée et de sortie des échantillons mesurés, ce qui représente une perte d'environ 30 % due aux réflexions de Fresnel.
REMARQUE : Il existe une bande d'absorption OH à 2 826 nm avec un coefficient d'absorption mesuré de 0,088 cm-1 [7].
MgO: PPLN vs PPLN non dopé
Le PPLN non dopé est généralement utilisé à des températures comprises entre 100 ° C et 200 ° C, pour minimiser l'effet photoréfractif qui peut endommager le cristal et provoquer la déformation du faisceau de sortie. Étant donné que l'effet photoréfractif est plus grave dans le PPLN lorsque des photons à énergie plus élevée dans la partie visible du spectr µm sont présents, il est particulièrement important d'utiliser le cristal uniquement dans la plage de température recommandée.
L'ajout de 5% de MgO au niobate Lithi µm augmente considérablement la résistance optique et photoréfractive du cristal tout en préservant son coefficient non linéaire élevé. Avec un seuil de dégâts plus élevé, MGO: PPLN convient plus aux applications à haute puissance. Il peut également être utilisé à partir de la température ambiante jusqu'à 200 ° C, augmentant considérablement l'importance de la longueur d'onde de l'appareil. De plus, dans certains cas spéciaux, le MGO: PPLN peut être utilisé à température ambiante et sans avoir besoin de contrôle de la température, par exemple, notre MSHG1550-0.5-1 (1 mm de long) peut être utilisé pour générer 780 nm à partir de laser à fibre Femtoseconde 1560 Nm.
Gestion de la puissance et seuil de dommages
Les tests à vie de nos cristaux sont un processus en cours à la cofesion. À l'aide d'un laser CW 10W 1064NM, nous avons généré 2,2W à 532 nm. Avec une intensité AP µm P de> 500 kW / cm2 et une température de fonctionnement de 35 degC, notre PPLN a maintenu la puissance de sortie SHG de 2,2W sur une période de 2000 heures, sans aucun signe de dommage au cristal et aucune preuve de distorsion du faisceau due à la photoréfraction.
Le seuil de dommage de MgO: PPLN ou PPLN dépend de la longueur d'onde ainsi que du fait que la source soit CW ou pulsée. En régime CW, le seuil dépend de l'intensité et est plus faible lorsqu'il s'agit de longueurs d'onde visibles. Pour les sources pulsées, le seuil de dommage dépend de la longueur d'onde, de la durée de l'impulsion, de la puissance moyenne et du taux de répétition. Souvent, le seuil de dommage sera plus élevé pour les sources à faible taux de répétition.
Si vous pensez que vous travaillez près du seuil de dégâts, alors une bonne astuce consiste à tester le seuil de dégâts dans une région non polaire du cristal. Les cristaux de covésion ont une largeur standard de 10 mm, mais les réseaux polés couvrent une largeur de maxime µm ~ 7 mm. Vous pouvez utiliser les zones non polonnées pour tester soigneusement les dommages tant qu'il est toujours dans la région recouverte de RA.
Remarque: Le seuil de dommage dans une région podale sera plus faible si vous générez des longueurs d'onde visibles. Augmentez toujours progressivement la puissance P µm P, tout en surveillant le faisceau pour toute distorsion ou une baisse soudaine de puissance.
Le tableau ci-dessous présente une collection de données de Covesion et de clients indiquant la tenue en puissance ou les seuils de dommages sous différents régimes. Nous travaillons en permanence avec nos clients pour augmenter la quantité d'informations disponibles sur les seuils de dommages aux cristaux.
Régime | Intensité maximale/ densité | Dommage? | Remarques |
|---|---|---|---|
| CW | 500KW/cm2 | N | 1064 nm, 10 W, SHG (Covesion) |
| CW | 500KW/cm2 | N | 1560 nm, 30 W, (Université nationale australienne[8]) |
| CW | 200kW/cm2 | N | 532 nm, 2,2 W (à partir de 1 064 nm SHG) (Covesion) |
| ns | 100MW/cm2 ou 2J/cm2 | Oui | 1064 nm, ~ 30 µm Période, pass unique, 10-20NS, 21Hz, (covesion) |
| ps | 100MW/cm2 | N | OPO 1 060 nm, 20 ps, 115 MHz, 24 W (ORC Southampton,[9]) |
| ps | 1,5 GW/cm2 | N | OPG 1064 nm pour MIR : 7 ps, 400 Hz |
| ps | 1,8 MW/cm2 | Oui | OPO 530 nm, 20 ps, 230 MHz, 500 mW, (ORC Southampton,[10]) |
| ps | 7,5 MW/cm2 | Oui | OPO 530 nm, 20 ps, 230 MHz, 1 W -> 100 mW haché, (ORC Southampton,[10]) |
| ps | 468 MW/cm2 | N | 1064 nm, 7ps, 17W, 80MHz, (Université nationale de Singapour[11]) |
| fs | 4GW/cm2 | Oui | 1550 nm, 200 images/s, 200 mW, 80 MHz, SHG |
Mécanismes de dommages
L'effet photoréfractif
Dans des conditions de haute intensité, LiNbO3 et MgO : LiNbO3 sont sujets à l'effet photoréfractif, qui est un changement d'indice de réfraction induit optiquement. (NB Le seuil est plus élevé pour MgO : LiNbO3).
Dans une région d'intensité optique élevée, les électrons sont libérés sous forme de porteurs libres puis redistribuent dans une zone d'intensité optique inférieure. Cela provoque un indice de réfraction variant spatialement dans le matériau qui peut être observé sous forme de distorsions de faisceau. Cela peut entraîner des dommages permanents au cristal. Cependant, sous certaines positions de µm , si les effets sont faibles, les dommages peuvent être inversés en chauffant le cristal à 200 ° C pendant quelques heures pour permettre à tous les porteurs de charge de rediffuser.
Si vous travaillez à proximité du seuil de dommage, il est recommandé d'opérer à des températures élevées comprises entre 150 et 200°C.
Absorption infrarouge induite par le vert
L'absorption infrarouge induite par le vert, ou GRIIRA, est un effet dans lequel la présence de lumière verte permet d'absorber l'infrarouge. Cela provoque un échauffement local qui peut compenser la température d'adaptation de phase de votre interaction, mais cela peut également éventuellement conduire à des dommages aux cristaux.
Le mécanisme de Griira provient de la création de polarons à partir de défauts cristallins tels que des ions NB occupant des sites de li ion (appelés défauts antisites) et des impuretés ioniques. Le dopage Lithi µm niobate avec MgO réduit le début de GRIIRA, car il permet aux ions Mg de remplacer les défauts antiset NB.
L'absorption IR due à la lumière bleue se produit également par les mêmes mécanismes et est connue sous le nom de BLIIRA (absorption infrarouge induite par le bleu).
Références
1. Lasers compacts bleu-vert », WP Risk, Tr Gosnell et AV Nurmikko, Cambridge University Press, 2003
2. Gayer et al., Applied Physics B 91, 343-348 (2008)
3. Dhjundt, Optics Letters V.22 N.20 P.1553-1555 (1997)
4. Ma Watson et al., Optics Letters, Vol. 27, no. 23, pp. 2106–8, (2002)
5. Rt White et al., Applied Physics B: Lasers and Optics, 77 (6-7), 547–550 (2003)
6. J. Kim, et al., 2013 IEEE Photonics Society S µm Mer Mee Meeting Series (pp. 183–184) (2013)
7. Jr schwesyg et al. MATÉRIAUX, AITHE3, (2011)
8. SS Sané et al., Optics Express, vol. 20, non. 8, pp. 8915–9, (2012)
9. F. Kienle et al., Optics Express, vol. 18, no. 8, pp. 7602–10, (2010)
10. F. Kienle et al., Journal of the Optical Society of America B, vol. 29, no. 1, p. 144, (2011)
11. Pk Upputuri et H. Wang, Applied Physics B, vol. 112, no. 4, pp. 521–527, (2013)
