Параметрические генераторы света и генераторы разностной частоты

Параметрический генератор света
Параметрический генератор света

Описание

Параметрические генераторы света – это источники когерентного излучения, плавно перестраиваемого по длине волны. Подобные источники являются удобным инструментом для исследований в различных областях науки.

С 2009 года в компании "Специальные технологии" ведутся работы по разработке параметрических генераторов света и генераторов разностной частоты и устройств на их основе. В рамках федерально-целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы" был разработан источник когерентного излучения на основе параметрических генераторов света с перестройкой длины волны в спектральном диапазоне 2,5 — 10,8 мкм. Важным преимуществом таких систем является возможность обеспечить непрерывную перестройку длины волны излучения в широком спектральном диапазоне. К устройствам пребразования частоты относятся параметрические генераторы света (ПГС) и генераторы разностной частоты (ГРЧ). В основе принципа действия ПГС и ГРЧ лежит трёхчастотное взаимодействие световых волн в квадратично-нелинейной среде (нелинейный кристалл). Необходимым условием наблюдения нелинейных эффектов является наличие нелинейной восприимчивости оптической среды. В простейшем случае ПГС состоит из нелинейного кристалла (НК), размещенного внутри резонатора и источника накачки. В результате параметрического преобразования частоты в нелинейном кристалле в зависимости от конфигурации резонатора происходит перераспределение части энергии волны накачки (p) в холостую (id) и/или сигнальную (s) волны. При этом холостая волна имеет наименьшую частоту из трёх волн, то есть максимальную длину волны. Для реализации процесса генерации разностной частоты в нелинейный кристалл вводятся волна накачки и сигнальная волна. В результате взаимодействия этих волн в нелинейном кристалле происходит усиление холостой волны.
Широко перестраиваемые по длине волны источники излучения востребованы для различных научных и технологических задач. Специалисты компании "Специальные технологии" имеют опыт разработки устройств параметрического преобразования частоты в различных нелинейных кристаллах, а именно: PPLN, PPKTP, AgGaS2, AgGaSe2, HgGa2S4, LiGaS2, LiGaSe2, LiInSe2, BaGa4S7, BaGa4Se7. Выбор нелинейного кристалла определяется исходя из требований к характеристикам выходного излучения ПГС или ГРЧ, таким как: длина волны, диапазон перестройки длины волны, частота следования импульсов, средняя и пиковая мощность.

Применения ПГС и ГРЧ:
— спектроскопия, в том числе оптико-акустическая;
— газовый анализ, в том числе для медицинской диагностики (выдыхаемого воздуха), мониторинга окружающей среды и промышленных применений;
— исследование дисперсионных свойств материалов;
— лазерная хирургия;
— лабораторные исследования.

Zondy J.-J., Kolker D.B., Kostyukova N.Yu., Badikov V., Boyko A.A., Shadrintseva A., Tretyakova N.N., Zenov K.G., Karapuzikov A.A. Widely Tunable (2.2 - 10.4 μm) BaGa4Se7 Optical Parametric Oscillator Pumped by a Q-switched Nd:YLiF4 Laser // Proceeding of Advanced Solid State Lasers, 2017, Paper # AM2A.5
DOI: 10.1364/ASSL.2017.AM2A.5

Boyko A., Schunemann P., Kostyukova N., Guha S., Kolker D., Panyutin V., Marchev G., Petrov V. PPLN Optical Parametric Oscillator with Intracavity Difference-Frequency Generation in OPGaAs // Proceeding of Advanced Solid State Lasers, 2017, Paper # AM2A.2
DOI: 10.1364/ASSL.2017.AM2A.2

Boyko A. A., Kostyukova N. Y., Badikov V., Badikov D., Panyutin V., Shevyrdyaeva G., Pasiskevicius V., Zukauskas A., Marchev G.M., Kolker D., Petrov V. Intracavity difference-frequency mixing of optical parametric oscillator signal and idler pulses in BaGa4Se7 // Applied Optics. - 2017. - Vol. 56, Issue 10. - Pp. 2783-2786
DOI: 10.1364/AO.56.002783

Kolker D.B., Sherstov I.V., Kostyukova N.Yu., Boyko A.A., Zenov K.G., Pustovalova R.V. Combined optical parametric oscillator with continuous tuning of radiation wavelength in the spectral range 2.5 – 10.8 μm (also in russian) // QUANTUM ELECTRON. - 2017. - V.47, No. 1. - P. 14–19
DOI: https://doi.org/10.1070/QEL16238

Petrov V., Kostyukova N.Yu., Boyko A.A., Marchev G.M., Pasiskevicius V., Zukauskas A., Kolker D.B. Cascaded intracavity frequency down-conversion of 1 μm laser radiation to the mid-IR // Conference proceedings, Advanced Laser Technologies (ALT) 2016 (Galway, Ireland, 12-16 September 2016).

Kostyukova N. Y., Boyko A. A., Badikov V., Badikov D., Shevyrdyaeva G., Panyutin V., Marchev G.M., Kolker D., Petrov V. Widely Tunable in the Mid-IR BaGa4Se7 Optical Parametric Oscillator Pumped at 1064 nm // Advanced Solid State Lasers. Boston, Massachusetts United States: OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 30 October–3 November 2016). – 2016. – P. AW4A.2.
DOI: https://doi.org/10.1364/ASSL.2016.AW4A.2

Vedenyapin V., Boyko A.,Kolker D., Isaenko L., Lobanov S., Kostyukova N., Yelisseyev A., Zondy J-J., Petrov V. LiGaSe2 optical parametric oscillator pumped by a Q -switched Nd:YAG laser // Laser Phys. Lett. – 2016. – Vol. 13, Issue 11. – P. 115401.
DOI: 10.1088/1612-2011/13/11/115401

Kostyukova N., Boyko A., Marchev G., Kolker D., Zukauskas A., Pasiskevicius V., Petrov V. Rb:PPKTP Optical Parametric Oscillator with Intracavity Difference-Frequency Generation in AgGaSe2 // CLEO: Science and Innovations 2016 (San Jose, California United States, 5–10 June 2016). – 2016. STh1P.5.
https://doi.org/10.1364/CLEO_SI.2016.STh1P.5

Kostyukova N., Bobylev A., Boyko A., Zenov K., Shadrintseva A., Tretyakova N., Badikov V., Kolker D. Wide tunable BaGa4Se7 optical parametric oscillator pumped by Nd:YLF laser // 2016 International Conference Laser Optics (LO). IEEE – 2016. – P. R8-39-R8-39.
DOI: 10.1109/LO.2016.7549870

Boyko A.A., Marchev G. M., Petrov V., Pasiskevicius V., Kolker D. B., Zukauskas A., Kostyukova N. Y. Intracavity-Pumped, Cascaded AgGaSe2 Optical Parametric Oscillator Tunable up to 18 μm // CONFERENCE PAPER of High-Brightness Sources and Light-Driven Interactions (EUV, HILAS, MICS), MS4C.4, 2016 (Long Beach, California United States, 20-22 March 2016).
DOI: http://doi.org/10.1364/MICS.2016.MS4C.4

Kostyukova N. Y., Boyko A.A., Badikov V., Badikov D., Shevyrdyaeva G., Panyutin V., Marchev G.M., Kolker D.B., Petrov V. Widely tunable in the mid-IR BaGa4Se7 optical parametric oscillator pumped at 1064 nm // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 15. – Pp. 3667-3670
DOI: 10.1364/OL.41.003667

Boyko A.A., Kostyukova N. Y., Marchev G. M., Pasiskevicius V., Kolker D. B., Zukauskas A., Petrov V. Rb:PPKTP optical parametric oscillator with intracavity difference-frequency generation in AgGaSe2 // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 12. – pp. 2791-2794
DOI: 10.1364/OL.41.002791

Kistenev Y.V.; Borisov A.V.; Kuzmin D. A.; Bulanova A. A.; Boyko A. A.; Kostyukova N. Y.; Karapuzikov A. A. Breath air measurement using wide-band frequency tuning IR laser photo-acoustic spectroscopy // Proc. SPIE 9707, Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics XIII, 97070M (March 17, 2016)
DOI:10.1117/12.2214645

Kostyukova N.Y., Kolker D. B., Zenov K. G., Boyko A. A., Starikova M. K., Sherstov I.V., Karapuzikov A. A. Mercury thiogallate nanosecond optical parametric oscillator continuously tunable from 4.2 to 10.8 μm // Laser Phys. Lett. – 2015. – Vol. 12, Issue 9. – P. 95401.
DOI: http://dx.doi.org/10.1088/1612-2011/12/9/095401

Kostyukova N. Y.; Boyko A. A.; Zenov K. G.; Starikova M. K.; Kolker D. B.; Karapuzikov А. А.; Kistenev Yu. V.; Kuzmin D. A. Twin HgGa2S4 optical parametric oscillator at 4.3-10.78 μm for biomedical applications // Proc. SPIE 9448, Saratov Fall Meeting 2014: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XVI; Laser Physics and Photonics XVI; and Computational Biophysics, 944806 (March 19, 2015)
DOI: 10.1117/12.2181802

Kistenev Y. V., Karapuzikov A. I., Kostyukova N. Yu., Starikova M. K., Boyko A. A., Bukreeva E. B., Bulanova A. A., Kolker D. B., Kuzmin D. A., Zenov K. G., Karapuzikov A. A. Screening of patients with bronchopulmonary diseases using methods of infrared laser photoacoustic spectroscopy and principal component analysis // J. Biomed. Opt. - 2015. - Vol. 20(6). - P. 065001.
DOI:10.1117/1.JBO.20.6.065001

Boyko A.A., Marchev G. M., Petrov V., Pasiskevicius V., Kolker D. B., Zukauskas A., Kostyukova N. Y. Intracavity-Pumped, Cascaded Mid-IR Optical Parametric Oscillator Based on AgGaSe2 // Proceeding of Internatinal Conference Advance Solid State laser 2015, ASSL, 2015, ATh2A (October 2015)

Старикова М., Кузнецова И., Костюкова Н. Лазерный оптико-акустический газоанализатор LaserBreeze // Фотоника. – 2015. - №3. – С. 84-93

Boyko A.A., Marchev G. M., Petrov V., Pasiskevicius V., Kolker D. B., Zukauskas A., Kostyukova N. Y. Intracavity-pumped, cascaded AgGaSe2 optical parametric oscillator tunable from 5.8 to 18 μm // Optics Express. – 2015. – Vol. 23; 26. – 33460-33465

Karapuzikov A.A., Sherstov I.V., Kolker D.B., Karapuzikov A.I., Kistenev Yu. V., Kuzmin D.A., Styrov M. Yu., Dukhovnikova N. Yu., Zenov K.G., Boyko A.A., Starikova M.K., Tikhonyuk I.I., Miroshnichenko I.B., Miroshnichenko M.B., Myakishev Yu. V., Loconov V.N. LaserBreeze gas analyzer for noninvasive diagnostics of air exhaled by patients // Physics wave of phenomena. - 2014. - Vol. 22, No. 3. - P. 189-196
DOI: 10.3103/S1541308X14030054

Колкер Д. Б., Бойко А. А., Духовникова Н. Ю., Зенов К. Г., Шерстов И. В., Старикова М. К., Мирошниченко И. Б., Мирошниченко М. Б., Каштанов Д. А., Кузнецова И. Б., Штыров М. Ю., Zachariadis S., Карапузиков А. И., Карапузиков А. А., Локонов В. Н. Параметрический генератор света на основе периодических структур ниобата лития с плавной перестройкой длины волны излучения // Приборы и техника эксперимента. – 2014. – №1. – С. 85-89
DOI: 10.7868/S003281621401025X

Kolker D. B., Boyko A. A., Dukhovnikova N. Yu. , Zenov K. G., Sherstov I. V., Starikova M. K., Miroshnichenko I. B., Miroshnichenko M. B., Kashtanov D. A., Kuznetsova I. B., Shtyrov M. Yu., Zachariadis S., Karapuzikov A. I., Karapuzikov A. A., Lokonov V. N. Continuously wavelength tuned optical parametric oscillator based on fan-out periodically poled lithium niobate // Instruments and Experimental Techniques. – 2014. – №57, 1. – С. 50-54

Marchev G., Reza M., Badikov V., Esteban-Martin A., Stöppler G., Starikova M., Badikov D., Panyutin V., Eichhorn M., Shevyrdyaeva G., Tyazhev A., Sheina S., Agnesi A., Fintisova A., and Petrov V. HgGa2S4-based RISTRA OPO pumped at 1064 nm // Optics InfoBase conference paper CLEO: QELS Fundamental Science San Jose, California United States June 8-13, 2014 – Page JTu4A.113.
DOI: 10.1364/CLEO_AT.2014.JTu4A.113

Marchev G., Reza M., Badikov V., Esteban-Martin A., Stöppler G., Starikova M., Badikov D., Panyutin V., Eichhorn M., Shevyrdyaeva G., Tyazhev A., Sheina S., Agnesi A., Fintisova A., and Petrov V. Mid-infrared rotated image singly resonant twisted rectangle optical parametric oscillator based on HgGa2S4 pumped at 1064 nm // Applied Optics. - 2014. - Vol. 53, Issue 33. - Pp. 7951-7962
DOI: 10.1364/AO.53.007951

Kolker D.B., Boyko A.A., Dukhovnikova N.Yu., Zenov K., Sherstov I.V., Starikova M., Karapuzikov A.I., Karapuzikov A.A. Experimental test of fan-out MgO:PPLN structures // The 8 international forum on strategic technology IFOST 2013 proceedings. 2013. - P. 271-273

Petrov V.; Marchev G.; Tyazhev A.; Beutler M.; Panyutin V.; Starikova M.; Esteban-Martin A.; Badikov V.; Shevyrdyaeva G.; Badikov D.; Sheina S., Fintisova A. Optical damage studies of mercury thiogallate nonlinear crystals for use in 1-μm pumped optical parametric oscillators // Opt. Eng. 52(11), 117102 (Nov 18, 2013).
DOI:10.1117/1.OE.52.11.117102

Kolker D.B., Starikova M.K., Boyko A.A., Dukhovnikova N.Yu. OPO cavity design for a 2.6–5.9 μm IR radiation source // Russian Physics Journal. – 2013. – Vol. 56, Issue 2. – P. 220-224
DOI: 10.1007/s11182-013-0018-4

Tyazhev A., Vedenyapin V., Marchev G., Isaenko L., Kolker D., Lobanov S., Petrov V., Yelisseyev A., Starikova M., Zondy J.-J. Singly-resonant optical parametric oscillation based on the wind band-gap mid-IR nonlinear optical crystal LiGaS2 // Optical materials. – 2013. – Vol. 35. – P. 1612-1615
DOI: 10.1016/j.optmat.2013.03.016

Колкер Д.Б., Старикова М.К., Бойко А.А., Духовникова Н.Ю. Выбор и обоснование схемы резонатора ПГС для создания источника ИК-излучения в области 2,6-5,9 мкм // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2013. – № 2. – С. 96-99.

Kolker D.B., Sherstov I.V., Karapuzikov A.I., Karapuzikov A.A., Boyko A.A., Starikova M.K., Dukhovnikova N.Yu., Loconov V.N., Shtyrov M.Yu., Miroshnichenko I.B., Zenov K.G., Miroshnichenko M.B. PAD spectrometer based on wide tunable optical parametric oscillator for noninvasive medical diagnostics // Optics and Photonics Journal. – 2013. – Vol. 3; № 2 B. – P.43-46.

Petrov V., Tyazhev A., Marchev G., Esteban-Martin A., Badikov V., Badikov D., Panyutin V., Shevyrdyaeva G., Sheina S., Fintisova A., Starikova M. High-power, mid-IR HgGa2S4 OPOs pumped at 1064 nm // Nonlinear Optics Technical Digest. – OSA 2013. – Ntu2B.5

Petrov V.; Marchev G.; Tyazhev A.; Starikova M.; Esteban-Martin A., Panyutin V., Shevyrdyaeva G., Badikov D., Reza M., Sheina S., Fintisova A. Optical damage limits in chalcogenide nonlinear crystals used in 1064 nm pumped nanosecond optical parametric oscillators // Proc. SPIE 8786, Optical Materials for High Power Lasers Pacific Rim Laser Damage 2013:, 878603 (July 9, 2013; 20 pages).
DOI:10.1117/12.2020355

Esteban-Martin A., Marchev G., Badikov V., Panyutin V., Petrov V., Shevyrdyaeva G., Badikov D., Starikova M., Sheina S., Fintisova A., Tyazhev A. High-energy optical parametric oscillator for the 6 μm spectral range based on HgGa2S4 pumped at 1064 nm // Laser and photonics Reviews. 2013. – Vol.7; No.6. – P. L89-L92
DOI: 10.1002/lpor.201300102

Esteban-Martin A., Marchev G., Badikov V., Panyutin V., Petrov V., Shevyrdyaeva G., Badikov D., Starikova M., Sheina S., Fintisova A., Tyazhev A. High-energy 1064-nm pumped optical parametric oscillator for the 6 μm spectral range based on HgGa2S4 // in Advanced Solid-State Lasers Congress, M. Ebrahim-Zadeh and I. Sorokina, eds., OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2013), paper MW3B.3.

Dukhovnikova N.Y., Kolker D.B., Starikova M.K., Boiko A.A., Osokin A.S. IR-range coherent radiation source based on parametric light generator // 11th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering, APEIE 2012 - Proceedings P. 41 – 43
DOI: 10.1109/APEIE.2012.6629022

Kolker D.B., Pustovalova R.V., Starikova M.K., Karapuzikov A.I., Karapuzikov A.A., Kuznetsov O.M., Kistenev Yu. V. Optical parametric oscillator within 2.4-4.3 μm pumped with a nanosecond Nd:YAG laser // Atmospheric and Oceanic Optics. – 2012. – Vol. 25. – No. 1. – P.77-81

Колкер Д.Б., Пустовалова Р.В., Старикова М.К., Карапузиков А.И., Карапузиков А.А., Кузнецов О.М., Кистенев Ю.В. Наносекундный параметрический генератор света в среднем ИК-диапазоне с двухпроходной накачкой // Приборы и техника эксперимента. – 2012. – №2. – C. 124-128

Kolker D.B., Pustovalova R.V., Starikova M.K., Karapuzikov A.I., Karapuzikov A.A., Kuznetsov O.M., Kistenev Yu. V. A nanosecond optical parametric oscillator in the mid-IR region with double-pass pumping // Instruments and Experimental techniques. – 2012. – Vol. 55. – No. 2. – P.263-267
DOI: 10.1134/S0020441212010174

Kolker D., Starikova M., Boyko A., Dukhovnikova N., Karapuzikov A., Osokin A. Nanosecond optical parametric oscillator in the mid IR range with a two-pass pumping is based on the crystal AgGaS2 // В сборнике: Proceedings – 2012 7th International Forum on Strategic Technology, IFOST 2012. – С. 6357790.
DOI: 10.1109/IFOST.2012.6357790

Tyazhev A., Vedenyapin V., Marchev G., Yelisseyev A., Isaenko L., Starikova M., Lobanov S., Petrov V. Mid-IR optical parametric oscillator based on LiGaS2 // (2011) 2011 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and 12th European Quantum Electronics Conference, CLEO EUROPE/EQEC 2011
DOI: 10.1109/CLEOE.2011.5942751

Колкер Д.Б., Пустовалова Р.В., Старикова М.К., Карапузиков А.И., Карапузиков А.А., Кузнецов О.М., Кистенев Ю.В. Параметрический генератор в области 2,4-4,3 мкм с накачкой малогабаритным наносекундным Nd:YAG лазером // Оптика атмосферы и океана. – 2011. – 24. – №10. – C. 910-914