Pulsed Parametric Oscillator Based on KTP Crystals with a Three-Mirrors Ring Cavity: Numerical Simulation

A numerical model of pulsed parametric generation in a ring three-mirror optical parametric oscillator (OPO) based on KTiOPO₄ (KTP) crystals has been developed. It involves solving a system of coupled truncated equations describing parametric generation in a ring resonator with three crystals using boundary conditions for the field amplitudes and initial conditions corresponding to the level of quantum noise. It is shown that for the conditions implemented in the experiments, the numerical model satisfactorily quantitatively describes the energy, temporal, and spatial characteristics of pulses of the signal wave radiation and their dependence on the energy of pump radiation pulses and parameters of the OPO resonator. Based on the analysis of the results of numerical simulation, conditions are formulated that ensure efficient (efficiency >40%) generation of high-power pulses of signal wave radiation without destruction of KTP crystals.

1. N. P. Barnes. SPIE, 663 (1986), doi: 10.1117/12.938648

2. L. G. Holmer, G. Rustad, M. W. Haakestad. Appl. Opt., 57, N 23 (2018) 6760—6767

3. Н. Б. Горбунова, В. С. Улащик, Л. Е. Батай, А. И. Водчиц, В. А. Орлович. Докл. НАН Беларуси, 54, № 1 (2010) 94—97

4. М. Богданович, А. Григорьев, К. Ланцов, К. Лепченков, А. Рябцев, Г. Рябцев, В. Титовец, М. Щемелев. Фотоника, 55 (2016) 58—64

5. Б. И. Степанов, П. А. Апанасевич. Журн. прикл. спектр., 2, № 1 (1965) 37—44

6. P. A. Apanasevich, D. E. Gakhovich, A. S. Grabtchikov, V. A. Orlovich. J. Modern Opt., 38, N 1 (1991) 151—159

7. M. Kaskow, L. Gorajev, W. Zendzian, J. Jabczynskii. Opto-Electron. Rev., 26 (2018) 188—193

8. J. E. Nettleton, B. W. Schilling, D. N. Barr, J. S. Lei. Appl. Opt., 39, N 15 (2000) 2428—2432

9. В. И. Дашкевич, А. И. Водчиц, В. А. Орлович, Н. С. Казак, В. К. Павленко, В. И. Покрышкин, И. П. Петрович, В. В. Руховец. Журн. прикл. спектр., 73, № 4 (2006) 535—543 [V. I. Dashkevich, A. I. Vodchits, V. A. Orlovich, N. S. Kazak, V. K. Pavlenko, V. I. Pokryshkin, I. P. Petrovich, V. V. Rukhovets. J. Appl. Spectr., 73 (2006) 604—612]

10. В. Л. Наумов, А. М. Онищенко, А. С. Подставкин, А. В. Шестаков. Квант. электрон., 30, № 7 (2000) 632—634

11. А. А. Русак, В. И. Дашкевич, В. А. Орлович, А. П. Шкадаревич. Изв. НАН Беларуси, сер. физ.-мат. наук, 54, № 2 (2018) 210—219

12. В. И. Дашкевич, В. А. Орлович, А. П. Шкадаревич, А. С. Шушпанов. Журн. прикл. спектр., 75 № 4 (2008) 516—523 [V. I. Dashkevich, V. A. Orlovich, A. P. Shkadarevich, A. S. Shushpanov. J. Appl. Spectr., 75 (2008) 539—545]

13. В. Г. Дмитриев, Л. В. Тарасов. Прикладная нелинейная оптика, Москва, Радио и связь (1982)

14. V. N. Belyi, O. L. Artemenko, V. A. Orlovich, B. B. Sevruk. Proc. SPIE, 3580 (1998) 58—72

15. И. Р. Шен. Принципы нелинейной оптики, Москва, Наука (1989)

16. Б. Б. Севрук, В. Н. Белый, Д. Е. Гахович, В. А. Орлович. Журн. прикл. спектр., 67, № 1 (2000) 56—60 [B. B. Sevruk, V. N. Belyi, D. E. Gakhovich, V. A. Orlovich. J. Appl. Spectr., 67 (2000) 70—76]

17. П. А. Апанасевич, В. И. Дашкевич, Г. И. Тимофеева. Журн. прикл. спектр., 83, № 2 (2016) 206—210 [P. A. Apanasevich, V. I. Dashkevich, G. I. Timofeeva. J. Appl. Spectr., 83 (2016) 190—193]

18. В. И. Дашкевич, А. А. Русак, Г. И. Тимофеева, А. П. Шкадаревич. П. А. Апанасевич, В. А. Орлович. Изв. НАН Беларуси, сер. физ.-мат. наук, 37, № 3 (2021) 374—384