ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Трехволновое взаимодействие в квадратичной нелинейной среде из "Нелинейно-оптические преобразователи инфракрасного излучения " Поскольку А в (,1.91) зависит от г, то в выборе к имеется некоторый произвол. В зависимости от способа решения можно выбирать к так, чтобы бе = О или Лк = 0. При наличии поглощения к часто выбирают так, чтобы бе = е , где г — мнимая часть тензора диэлектрической проницаемости. В дальнейшем мы остановимся именно на таком варианте. [c.33] Система уравнений (1.94) существенно проще, чем (1.90), поскольку она первого, а не второго порядка, в смысле дифференцирования по г. Однако система (1.94) не эквивалентна (1.90) даже когда нелинейность мала, так как (1.94) описывает эволюцию волн, распространяющихся в одну (сторону. В общем случае произвольных граничных условий система (1.94) должна быть дополнена аналогичной системой уравнений для амплитуд волн kz О, распространяющихся во встречном направлении. [c.33] Здесь ei,2,3 — единичные орты поляризованных волн на частотах wi,2,s к/ — Z — компонента мнимой части волнового вектора, возникающего при описании поглощения с помощью комплексных волновых векторов. [c.33] Наличие только линейного поглощения, не нарушающего (1.100), не меняет физического смысла соотношений Мэнли — Роу даже при fi (2 Тз- В этом случае (1.99) уже не приводят к интегралам движения, что снижает их практическую ценность. Однако все соображения о трансформации фотонов в трехволновом взаимодействии, как видно из (1.99), остаются в силе. Поглощение приводит лишь к дополнительному исчезновению фотонов каждой из волн в соответствии со своими ( (см. 1.101)). [c.35] Уравнения (1.96) в общем случае допускают только численные решения [2, 18]. Аналитические результаты можно получить в следующих частных случаях. [c.35] Наличие интеграла движения Н с учетом (1.102) позволяет в конечном счете выразить точное решение системы уравнений (1.96) через эллиптические функции [18]. [c.36] Система интегралов движения (1.111), (1.112) позволяет довести решение уравнений (1.110) до записи в квадратурах. [c.38] при параметрическом распаде излучения частоты соз в синхронизме имеет место совместное экспоненциальное усиление излучения на частотах oi и 2. При увеличении Ак усиление сменяется на синусоидальную зависимость от z. Указанное усиление — одно из проявлений эффекта бозе-конденсации фотонов [19]. Оно является аналогом вынужденного излучения в системе, где роль возбужденного состояния играет фотон частоты соз в нелинейной среде. Вероятность распада этого состояния пропорциональна интенсивности излучения на частотах oi и сог-При Ао1 == Ло2 = О классические уравнения (1.104) дают Ai(z) = = A2 z)=0. При учете в квантовом описании пулевых колебаний электромагнитного поля на частотах oi и 0J2 1,2(2) не равны нулю, даже если падающее на среду излучение на частотах со 1 и 052 отсутствует. Это явление называется спонтанной параметрической люминесценцией [20] и находится в том же отношении к параметрическому усилению, что и спонтанное излучение на резонансном переходе к вынужденному [21]. [c.40] ПГС позволяет преобразовывать мощное излучение накачки фиксированной частоты юз в излучение меньших частот. Пропорции, в которых соз делится на соi и сог, зависят от условий синхронизма. Следовательно, их можно менять, варьируя 1,2,3, например поворотом или изменением температуры кристалла (см. [23]), а также с помощью электрооптического эффекта при приложении статического электрического поля [26]. Это дает возможность плавно перестраивать частоту ПГС. Экспериментально реализованы все три указанных способа перестройки частоты и в результате область перестройки достигает порядка нескольких тысяч обратных сантиметров. Параметрические генераторы света все более широко используются для получения когерентного перестраиваемого излучения в инфракрасном диапазоне как в импульсном, так и в непрерывном режимах [23-25]. [c.41] Возможность использования параметрического усиления (вычитания частот) для преобразования частоты излучения, несущего информацию, обсуждается во 2-й главе. [c.41] Это утверждение справедливо при условии, если не учитываются каскадные процессы типа спонтанного параметрического распада вне синхронизма квантов накачки сог на квапты oj и кванты частоты 0)2 o)i (при 0)2 o)i), после чего будет идти сложение частот рожденного излучения сО) и накачки сог уже в синхронизме и генерация излучения на частоте (О3. [c.44] Линейная оптическая система на входе и выходе преобразователя оптимальным для процесса преобразования образом формирует ИК-излучение и делает сигнальное излучение удобным для дальнейшего использования. [c.45] Нелинейная поляризация при сложении частот пропорциональна амплитуде каждой из волн в первой степени (см. (1.24)). Поэтому и амплитуда рожденного в преобразователе излучения суммарной частоты зависит от амплитуды ИК-сигнала линейно. Иными словами, при заданном распределении электромагнитного поля Еакачки по отношению к ИК-излучению остается справедливым принцип суперпозиции. Сказанное означает, что, как н в линейной оптике, для построения теории нелинейно-оптических преобразователей изображения достаточно найти отклик на излучение точечного ИК-источиика. [c.45] Качественный анализ преобразователя может быть проведен на основе лучевого подхода, когда считается, что лучи взаимодействуют так же, как и плоские волны. Поскольку угловая ширина синхронизма, как правило, мала, то выбор накачки в виде плоской волны в направлении критичного синхронизма обеспечивает эффективное преобразование узкого пространствен ного спектра, грубо говоря, одной плоской волны (луча) ИК-из-лучения. Угловую ширину синхронизма Аф можно увеличить, уменьшая длину кристалла (A9- l/i) . Однако при этом неизбежно падает коэффициент преобразования. Поэтому более естественно сформировать излучение накачки так, чтобы эффективное взаимодействие в синхронизме (или почти в синхронизме) имело место для большого углового диапазона ИК-лучей без уменьшения размеров кристалла. Сделать это можно либо за счет увеличения угловой ширины синхронизма Аф, либо с помощью формирования достаточно большого числа лучей накачки, каждый из которых преобразует свой инфракрасный луч. [c.46] существуют две основные возможные схемы нелинейно-оптического преобразователя — схема касательного (некритичного) синхронизма (КС) [14—16, 156—203] и схема критичного векторного синхронизма (КВС) [16, 204—228]. [c.46] Преобразуемый угловой спектр можно увеличить третьим способом, если ИК-излучение немонохроматично. Тогда в каждом направлении распространяется много спектральных компонент ИК-излучения и находится спектральная компонента для каждого направления — своя, взаимодействующая с плоской волной накачки в точном синхронизме. В силу очевидных недостатков этот способ пока не получил распространения. [c.46] Начнем со схемы некритичного синхронизма (рис. 1,4, в). В простейшем варианте направление накачки в виде плоской волны выбирается так, чтобы взаимодействие с центральным лучом ИК-сигнала происходило в точном синхронизме и в направлении синхронизма имело место касание (а не перенесение, как обычно) волновых поверхностей. Очевидно, что при этом угловая ширина синхронизма резко возрастает. В самом деле, Ак L-K С другой стороны, А А Аф sin Ть,, где Хы — угол пе-ресения волновых поверхностей. Отсюда следует, что Аф (A L) при Xbf 1. [c.46] Аф (кЬ) 2 JJ при длине кристалла L 1 см угол зрения преобразователя может быть порядка нескольких градусов, что позволяет говорить о реальном преобразовании изображения. [c.46] Вернуться к основной статье