ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предисловие редактора перевода из "Прикладная нелинейная оптика " Настоящая книга является одним из первых в мировой литературе руководств, в котором в систематической форме изложены основы физики и техники оптических преобразователей и перестраиваемых по частоте генераторов, использующих нелинейные оптические эффекты в кристаллах. [c.5] Начало исследований в этой области можно датировать 1961 г. — именно в этом году была выполнена первая экспериментальная работа ) по генерации второй гармоники излучения рубинового лазера в кристалле кварца. Менее чем через год после этого открытия стало совершенно ясно, что эксперименты подобного рода открывают широкие перспективы в двух направлениях. Одно из них связано с исследованием нового класса физических параметров, так называемых нелинейных восприимчивостей сейчас его принято называть физической нелинейной оптикой или нелинейной спектроскопией. [c.5] Другое направление, которое называют обычно прикладной нелинейной оптикой, связано с использованием нелинейных оптических явлений для создания новых источников когерентного оптического излучения, для преобразования частоты, детектирования, преобразования сигналов и изображений и т. п. [c.5] Надо сказать, что прикладная нелинейная оптика развивалась удивительно быстрыми темпами. Одним из наиболее ярких примеров здесь могут служить работы по генерации оптических гармоник. В первом эксперименте (1961 г.) удвоение частоты рубинового лазера выступало как весьма тонкий физический эффект коэффициент преобразования основного излучения в гармонику по мощности не превышал 10 —10 . Однако уже в 1963 г., после того как в оптике была продемонстрирована возможность согласования фазовых скоростей волн с сильно различающимися частотами, были созданы удвоители частоты с к.п.д. 10-2 10-. [c.5] Другой важный класс нелинейных оптических устройств — перестраиваемые по частоте параметрические генераторы света (ПГС). Они были предложены в 1962 г., а в 1965 г. появились сообщения об их запуске. С тех пор работы по параметрическим генераторам непрерывно расширяются. В диапазоне волн длиннее 1 мкм ПГС — один из наиболее перспективных генераторов мощного перестраиваемого по частоте когерентного излучения. [c.6] Как и оптические умножители частоты, параметрические генераторы света уже вышли из стадии лабораторных исследований и демонстрационных экспериментов. В ряде работ, выполненных в последние годы, эти генераторы были успешно использованы в нелинейной спектроскопии кристаллов, лазерной молекулярной и атомной спектроскопии. В проектах, связанных с лазерным разделением изотопов и получением сверхчистых материалов, лазерным зондированием атмосферы, значительное место отводится параметрическим генераторам и преобразователям. [c.6] Генераторы суммарных частот используются для получения перестраиваемого излучения в ультрафиолетовой области спектра недавно таким образом были созданы источники, перестраиваемые вблизи 1500 А. [c.6] Другое важное применение генераторов суммарных частот связано с преобразованием частоты из инфракрасного диапазона в видимый. [c.7] Складывая в нелинейной среде частоты инфракрасного и видимого излучений, можно создать новый тип спектральных приборов для инфракрасного диапазона, в которых регистрация спектра ведется в видимой области (нелинейные спектрографы, преобразователи сигналов и изображений). [c.7] Разработка и усовершенствование перечисленных приборов и соответствующих нелинейных материалов — один из главных аспектов прикладной нелинейной оптики. [c.7] Следует подчеркнуть вместе с тем, что, как показали работы последнего времени, по существу весьма простые и наглядные идеи, лежащие в основе физики и техники нелинейных оптических преобразователей, еще далеко себя не исчерпали. Последнее связано прежде всего с успехами физической нелинейной оптики и нелинейной спектроскопии. В период с 1961 по 1970 г. главным направлением физической нелинейной оптики и нелинейной спектроскопии была нелинейная оптика кристаллов. Полученные здесь результаты лежат в основе принципов действия подавляющего большинства нелинейнооптических устройств, разработанных к настоящему времени. [c.7] Возможности получения сильных нелинейных эффектов в кристаллах в значительной мере связаны с большой концентрацией частиц (Л 10 см ) и наличием широкого класса оптических материалов без центра инверсии, допускающих существование нелинейных эффектов, квадратичных по полю. [c.7] Здесь Moi — собственные резонансные частоты переходов, т — частоты световых полей или их комбинации, а Г, — соответствующие декременты затухания. [c.8] Большие возможности управления величиной нелинейной восприимчивости возникают, вообще говоря, и за счет использования резонансных множителей D,( oft). В конденсированных средах с этой точки зрения значительный интерес представляют комбинационные (рамановские) резонансы. Они оказываются достаточно узкими ), и поэтому, если разность частот двух оптических полей близка к собственной частоте di — из2 —шо , происходит заметное увеличение нелинейной восприимчивости. Это обстоятельство было использовано в так называемых комбинационных (или рамановских) лазерах. Несмотря на то, что в основе их действия лежат нелинейные взаимодействия, связанные с кубической восприиглчивостью (т. е. эффекты более высокого по сравнению с трехфотонными порядка), комбинационные лазеры на кристаллах и жидкостях оказываются практичными и перспективными приборами. [c.8] Из приборов этого класса наибольший интерес, несомненно, представляют рамановские лазеры с переворачиванием спина, использующие комбинационные резонансы в полупроводниках. Такие генераторы позволяют получить перестраиваемое излучение с длиной волны вблизи 5 и 10 мкм. Надо сказать, что техника их находится на очень высоком уровне стабильность частоты такого перестраиваемого генератора в непрерывном режиме не хуже 1 кГц. Рамановские лазеры с переворачиванием спина уже использовались в ряде экспериментов, в которых определялась концентрация N0 и Н2О в стратосфере. [c.8] Чрезвычайно интересным обстоятельством является относительно малое поглощение паров и благородных газов и при энергии кванта, превышающей потенциал ионизации. Резонансные выигрыши и большие силы осцилляторов переходов позволили получить сильные нелинейные взаимодействия на восприимчивости даже при Л 10 см Так, к.п.д. утроителей частоты на парах щелочных металлов уже достигают десятков процентов. Пары щелочных металлов успешно использованы и в ряде конструкций эффективных преобразователей сигналов из инфракрасного диапазона в видимый к. п. д. таких преобразователей оказываются весьма высокими. Путем умножения частоты в благородных газах уже получено когерентное излучение на длине волны К 900к, успешно развиваются проекты преобразователей частоты для диапазона вблизи 400 А. Надо сказать, что пока в этой области УФ-спектра методы нелинейной оптики оказываются вне конкуренции лазеров, работающих в этом диапазоне, нет. В последнее время стали активно обсуждаться возможности использования нелинейностей колебательных переходов молекул для разработки нелинейнооптических устройств в далеком инфракрасном диапазоне. [c.9] Разумеется, большие перспективы имеют и комбинационные лазеры на газах в частности, комбинационный лазер на водороде, возбуждаемый мощным перестраиваемым лазером оптического диапазона, оказывается удобным перестраиваемым источником в инфракрасном диапазоне. Перечисленные напраяления в настоящее время успешно развиваются многими лабораториями появление соответствующих приборов, по-видимому, дело самого ближайшего будущего. [c.9] Наряду с этим и в традиционных разделах прикладной нелинейной оптики можно указать ряд принципиальных проблем, привлекающих в настоящее время большое внимание. [c.9] В области разработки оптических умножителей частоты на кристаллах — это вопросы, связанные с оптической прочностью кристаллов и предельными к. п. д. преобразования. Большой интерес вызывают эффективные умножители частоты лазеров непрерывного действия, умножители с большими выходными мощностями и энергиями. [c.9] Вернуться к основной статье