Генерация на второй гармонике

Генерация на второй гармонике 493, 494, 500, 51 [c.549]

Возникновение волны второй гармоники при отражении от нелинейной среды обусловлено граничными условиями падая на нелинейную среду, волна основной частоты вызывает появление в среде нелинейной поляризации на удвоенной частоте, которая является источником (вынуждающей силой) для генерации волны второй гармоники в нелинейной среде поскольку на границе нелинейной среды тангенциальные компоненты векторов Е и Н должны быть непрерывны, эти два условия требуют присутствия компоненты с удвоенной частотой и в первой среде, т.е. в отраженной волне. В общем случае, когда на границу нелинейной среды падают несколько волн с различными частотами, в отраженном сигнале, помимо волн с различными частотами, будут наблюдаться волны с комбинационными частотами, т.е. волны с частотами, определяемыми спектральными компонентами нелинейной поляризации среды. [c.215]

В заключение отметим, что создание мощных источников света лазеров — привело к принципиально новым выводам также и при исследовании отражения света от металлической поверхности. В 1965 г. группа ученых сообщила о генерации электронами проводимости второй гармоники падающего света при отражении света мощного импульсного лазера от серебряного зеркала. Было установлено, что образование второй гармоники происходит именно на поверхности серебра при отражении света от нее. Таким образом, при распространении мощного потока света на границе раздела диэлектрик—металл может происходить изменение (удвоение) частоты отраженного от металла света, [c.66]

Равенство показателей преломления для двух разных частот в изотропных средах возможно только при условии, что одна из этих частот лежит в области аномальной дисперсии, которая в свою очередь совпадает с областью поглощения. Следовательно, при равенстве показателей преломления одна из волн (в изотропных средах) будет сильно поглощаться, что затрудняет осуществление эффективной генерации второй гармоники. Однако если обратить внимание на оптические свойства анизотропных кристаллов (см. [c.405]

Поясните физические принципы возникновения второй гармоники (генерация на удвоенной частоте). [c.456]

Отмеченные особенности генерации второй гармоники находят простое объяснение, основанное на представлении о сложении волн, испускаемых диполями, индуцированными преломленной волной исходного излучения. Примем за ось Oz направление распространения преломленной волны с частотой о (рис. [c.839]

Переменное поле частотой со] модулирует показатель преломления и для самого себя, что приводит к генерации второй гармоники 2(01. То же самое происходит и с волной частотой 2. Однако нелинейные добавки к показателю преломления настолько малы, что их можно обнаружить только тогда, когда электрическое поле сравнимо с величиной межатомных полей. Поэтому вторую гармонику на частоте 2 г можно наблюдать только в том случае, если напряженность поля на частоте 2 весьма высока. Вместе с тем волны с суммарной 1-1- 2 и разностной 1 — 2 частотами будут генерироваться даже тогда, когда излучение на частоте 2 имеет низкую интенсивность, если только интенсивность излучения с частотой I достаточно высока. [c.306]

Генерация излучения на суммарных или разностных частотах будет осуществляться, естественно, при выполнении условия волнового синхронизма. Например, для волны с суммарной частотой "= 1- - 2 и волновым числом к" условием волнового синхронизма будет соотношение г 1= 1/ 1 = 7 "= ( 1- - 2)//г". Отсюда /г" = = %1 (1-1-Й2/ ]). Если 2<С 1, то произойдет преобразование низкочастотного излучения 2 в высокочастотное " = 1-Ь 2. Если 1 2, будет генерироваться вторая гармоника 2 ь [c.307]

На рис. 9.7 изображены два когерентных трехфотонных процесса. Процесс на рис. 9.7, а удвоение частоты, или, иными словами, генерация второй гармоники — преобразование исходного монохроматического излучения с частотой оз в излучение с частотой o) =2oj переходы в поле излучения — уничтожаются два фотона с энергией fia и [c.225]

Теперь нетрудно понять, как на практике осуш,ествляют генерацию второй гармоники. Для этого берут подходящий кристалл и вырезают образец так, чтобы падающий на него нормально лазерный пучок частоты со образовывал угол синхронизма 0 с оптической осью кристалла ОА (рис. 9.11, е). При этом надо позаботиться о поляризации падающего светового пучка он должен быть линейно поляризован перпендикулярно плоскости главного сечения (перпендикулярно плоскости рисунка), с тем чтобы сыграть в кристалле роль обыкновенной световой волны. Вот, собственно говоря, и все. В нелиней юм кристалле возникает световая волна частоты 2со, линейно поляризованная в плоскости главного сечения. [c.234]

Это выражение описывает поляризацию, осциллирующую на частоте 2 и распространяющуюся в пространстве в виде волны. Данная волна поляризации излучает на частоте 2 . Таким образом, мы получили генерацию электромагнитной волны на частоте второй гармоники 2 [аналитическое рассмотрение, приводимое ниже, включает подстановку данного значения поляризации в волновое уравнение (8.65)]. Электрическое поле этой электромагнитной волны запишется в виде [c.493]

При рассмотрении генерации второй гармоники, приводящей к выражению (12.4.4), мы предполагали, что интенсивность входного излучения на частоте со не подвергается какому-либо воздействию. Такое приближение справедливо лишь для случаев, когда мощность получаемого излучения при частоте 2со по отношению к входной мощности излучения при частоте со мала. В этом разделе мы снимем это офаничение. [c.566]

При рассмотрении генерации второй гармоники в разд. 12.4 и 12.5 мы использовали приближение плоской волны. На практике имеют дело с гауссовыми пучками. Поэтому возникает необходимость в [c.568]

Оптическая нелинейность второго порядка, которая отвечает за генерацию второй гармоники, может быть также использована для усиления слабых оптических сигналов. Основная схема включает в себя входной сигнал на частоте ш,, который падает на нелинейный оптический кристалл вместе с интенсивной волной накачки на частоте причем > ш, [16—18]. Усиление волны с частотой сопровождается при этом генерацией холостой волны на частоте [c.571]

Первая экспериментальная демонстрация [9] ВКР в световодах была проведена в видимой области при накачке импульсами второй гармоники Nd ИАГ-лазера на длине волны 532 нм. Для генерации стоксова излучения на 545 нм в одномодовом световоде длиной 9 м Диаметром сердцевины 4 мкм требовалась накачка мощностью [c.223]

Несколько ранних экспериментов [46-49] показали, что при распространении по волоконному световоду мощного импульса накачки на длине волны 1,06 мкм от Nd ИАГ-лазера с синхронизацией мод и модуляцией добротности происходит генерация второй гармоники и суммарной частоты вида со, -t- oj. Эффективность преобразования составляла около 0,1% как для суммарной частоты [49], так и для второй гармоники [52]. Такая высокая эффективность неожиданна для параметрических процессов второго порядка, поскольку восприимчивость второго порядка связана с нелинейным откликом электрических диполей, следовательно, близка к нулю в изотропных материалах, каким является плавленый кварц. Существует несколько нелинейностей высших порядков, которые могут создать эффективную для таких процессов наиболее важны среди них нелинейности на дранице сердцевины и оболочки и нелинейности, связанные с квадрупольным и магнитным моментами. Однако детальные расчеты показывают [53], что эти нелинейности могут дать увеличение эффективности преобразования максимум до 10 даже при условии фазового синхронизма. Видимо, более высокие эффективности параметрических процессов второго порядка связаны с другим механизмом. [c.309]

Ключ к природе такого механизма появился, когда было обнаружено. что мощность второй гармоники значительно возрастает, если излучение накачки действует на световод в течение нескольких часов [54]. На рис, 10,13 показана зависимость средней мощности второй гармоники от времени при распространении по световоду длиной 1 м импульсов накачки на длине волны 1,06 мкм, с длительностью 100-130 ПС и со средней мощностью 125 мВт, от Nd ИАГ-лазера с модуляцией добротности и синхронизацией мод. Мощность второй гармоники со временем растет почти экспоненциально и начинает насыщаться после 10 ч. Максимальная эффективность преобразования составляла около 3%. Импульсы на длине волны 0,53 мкм на выходе световода имели длительность около 55 пс и мощность, достаточную для накачки лазера на красителе [54]. Этот эксперимент способствовал дальнейшему возрастанию интереса к ГВГ в световодах, и в последнее время изучению процесса подготовки и природы генерации второй гармоники в волоконных световодах уделяется значительное внимание [55-72]. Уровень понимания этих процессов пока далек от совершенства, и работа продолжается. Остаток этой главы посвящен обзору состояния дел ко времени написания. [c.309]

Для объяснения генерации второй гармоники было предложено несколько физических механизмов [56-59]. Все они связаны с периодическим выстраиванием неких объектов, таких, как центры окраски [56] или дефекты [57] вдоль световода, таким образом, что автоматически выполняется условие фазового синхронизма, В одной модели [57] выстраивание возникает через параметрический процесс третьего порядка, в котором смешиваются накачка и вторая гармоника (генерируемая внутри световода или введенная извне) и создают статическую поляризацию (на нулевой частоте), задаваемую следующим образом [c.311]

Для рассмотрения генерации второй гармоники на х из (10.5.3) можно проделать стандартную процедуру [1-4]. Предположим, что накачка на частоте oi вводится в подготовленное волокно. Частота Oj может, вообще говоря, отличаться от Юр. Тогда поля накачки и второй гармоники 2 удовлетворяют уравнениям связанных амплитуд [56], именно [c.311]

В [22] проведено прямое экспериментальное исследование зависимости длительности импульса генерации Ти синхронно-накачиваемого лазера на красителе от длительности импульсов накачки (рис. 6.10). Импульсы накачки формировались из излучения второй гармоники YAG Nd + лазера с активной синхронизацией моде помощью волоконно-оптического компрессора, что позволяло изменять их длительность в широком интервале от 34 пс до 460 фс. Эмпирическая зависимость [c.251]

Перейдем к анализу вклада спонтанных процессов. При преобразовании с генерацией суммарной, а не разностной частоты спонтанное излучение на частоте Os в первом порядке теории возмущений по нелинейности отсутствует. Во втором порядке имеются три процесса, дающие шумовой вклад в излучение частоты S. Это, во-первых, спонтанный параметрический распад накачки не в синхронизме Шр-> (Oir-Ь ( >р — ir) с последующим преобразованием сОр + ir Юз в синхронизме во-вторых, это генерация накачкой второй гармоники Юр + Юр 2 р не в синхронизме и спонтанный распад излучения 2сОр 2о)рОз-f--1-(2сОр — Os) третий процесс — четырехфотонный распад накачки Юр + Юр 3 + (2юр — Юа). При малой расходимости накачки вклад этого процесса мал по сравнению с двумя первыми [20]. Во втором из двух остающихся процессов оба этапа идут при сильном нарушении условий синхронизма, в то время как в первом на одном из этапов — сложении частот — условия синхронизма выполнены. Он и дает основной вклад в шумовой сигнал. [c.129]

Эти условия вьшолняются, в частности, для любой пары мод с m2 = 2т,, 2 = 2/11. Соответственно этому в волноводе с жесткими стенками ока-зьшаются резонансными все высшие гармоники сигнала, что приводит к образованию разрьша. В волноводе со свободными стенками дпя таких кратных мод справедливы соотношения ортогональности, так что взаимодействия не происходит. Однако (в отличие от двумерного случая) здесь есть и другие возможности. Так, условие (2.10) выполняется, если mi =Wi = 1, m2 = 1, И2 = 3, а размеры волновода удовлетворяют условию di/di = 5/3. При этом изменение фазы при отражении от границ тоже компенсируется разницей в числе отражений, а ортогональность для нелинейной силы не имеет места. Таким образом, возможна резонансная перекачка энергии вверх на избранные частоты без образования разрьшов (третья гармоника уже не синхронна с первой). Заметим, что здесь возможна генерация некоторых высших мод на второй гармонике (в рассматриваемом случае это, скажем, мода с m2 = 2, И2 = 6). [c.154]

Газ свободных электронов с концентрацией находится в поле плоской световой волны z) = o os( oi - kz). Определите нелинейную поляризацию на частотах 2со и Зсо для случаев классического (и/с < 1) и релятивистского (и/с 1) движения электронов (и - скорость колебательного движения электрона под действием поля E(t, z)). Возможна ли генерация дипольной второй гармоники в такой среде [c.204]

Остановимся более подробно на генерации второй гармоники. На первый взгляд могло казаться, что с условием возникновения второй гармоники мы уже достаточно знакомь[ и нет особой необходимости более подробно останавливаться на механизме генерации. Действительно, так может казаться HM Hfra на первый взгляд. Возникновение в каких-либо точках среды второй прмоникн еще не означает, что оно приведет к эффективному образованию соответствующей волны. Дело в том, что в отличие от линейной оптики, где из-за неизменности частоты вторичной волны фазовые скорости падающей и вторичной волн одинаковы и, следовательно, вторичные волны когерентны как с первичной, так и между собой. В нашем случае фазовая скорость первичной волны [Уф (ш) = = dn (q))] отличается от фазовой скорости [уф (2 з) = hi (2й))] вторичной. Причиной этому служит дисперсия Ы ( >) ф П 2(ii) света. В результате такого различия вторичные волны, возникшйе [c.403]

ГЛ. X), то оказывается, что наличие некоторого направления внутри кристалла, вдоль которого волны с разными (например, со и 2<о) частотами распространяются с одинаковыми фазовыми скоростями, позволяет осуществить эффективную генерацию второй гармоники. На это впервые обратили внимание Джордмэйи и Терхьюн и ими же экспериментально был обнаружен предполагаемый эффект — [c.406]

Направление синхронизма. На рис. 18.8 показаны сечения поверхностей показателя преломления обыкновенных п 1 = (ш), n i — п (2со)) и необыкновенных (и и п ) волн в кристалле KDP — дигидрофосфата калия для частоты рубинового лазера (индекс 1) и его второй гармоники (индекс 2). Как видно из рис. 18.8, под некоторым углом Оо к оптической оси (0Z) кристалла происходит пересечение эллипсоида п . и сферы п1, что означает п, = пЧ в данном направлении. Поэтому направление, определяемое значением угла я%, является направлением синхронизма. Следовательно, если поляризацию падающей волны подобрать так, чтобы основная волна в кристалле являлась обыкновенной, а кристалл подобрать так, чтобы в нем данная обыкновенная волна возбуждала необыкновенную волну второй гармоники, то в направлении о должно произойти резкое возрастание мощности второй гармоники. В формуле (18.20) не учтена потеря энергии падающей волны на нагревание кристалла и на рассеяние, в результате чего при п (2со) == п (со) длина когере1ггности превращается в бесконечность. Однако в реальных средах всегда возможны подобные потери и поэтому длина когерентности даже при п (2со) — п (со) становится конечной. И в этом случае условие синхронизма является условием наилучшей генерации второй гармоники. [c.406]

Генерацию второй гармоники впервые наблюдал Франкен в 1961 г. Схема эксперимента приведена на рис. 36.3. Сфокусированное излучение рубинового лазера 1 направляется на тонкую кристаллическую пластинку 2. Из пластинки, помимо исходного красного излучения лазера (Х = 0,6943 мкм), выходит также ультрафиолетовое излучение (Х = 0,3472 мкм). Это излучение отделяется от исходного светофильтрами 3 или спектральными приборами и регистрируется подходящим приемником излучения (фотопленка или фотоумножитель). Этот опыт особенно хорошо наблюдать, если вместо рубинового лазера использовать инфракрасный, например неодимовый, лазер (Х=1,06 мкм). Тогда из пластинки 2 выходит пучок зеленого света (А, = 0,53 мкм). [c.304]

Условие волнового синхронизма для генерации второй гармоники. В 9.1 отмечалось, что при определенных условиях волна нелинейной поляризации частоты 2со, во.чникающая при распространении в квадратично-нелинейной среде световой волны частоты ш, может переизлучить световую волну на частоте 2(и — вторую оптическую гармонику. Каковы же эти условия [c.231]

В нелинейной оптике Г. с. может быть реализован лишь в пек-рых случаях, напр, при вырожденном по частоте и неколлинеариом Tpe> 4a T0TH0At взаимодействии — генерации второй гармоники (см. Взаимодействие световых волн). В практических ситуациях ла малых длинах взаимодействия часто можно пренебрегать групповой расстройкой, считая, что имеет место Г. с., т. е. Vjn=b. Действительно, если на длине взаимодействия I время группового запаздывания Тзап [c.545]

Развитие полупроводниковых лазеров сделало Tiep neK-тивным использование их для накачки Т. л. Полупроводниковые лазеры (ПЛ) на основе монокристаллов арсенида галлия путём изменения состава позволяют получать генерацию в области 0,75 -н 1 мкм, что даёт возможность эффективно возбуждать генерацию на ионах Nd , TnT , Но , и Yb [5]. Накачка излучением ПЛ является близкой к резонансной, что в значит, степени снимает проблему наведённых термич. искажений в АЭ и позволяет относительно легко достигать предельно высокой направт jrenHo TH лазерного пучка. Получена непрерывная генерация на ионах Но (> г 2,) мкм), Тт (Х, 2,3 мкм), Ег (Я, 2.9 мкм), а также на разл. переходах ионов Порог генера1ши по мощности накачки в нек-рых случаях составляет единицы милливатт. Так, напр., порог генерации на ионах Но " в кристалле ИАГ—Тш —Но равен 4 МВт, а порог генерации на осн. переходе ионов N d в стекле не превышает 2 мВт. На целом ряде кристаллов с неодимом получена генерация второй гармоники. На осн. переходе неодима реализованы режимы модуляции добротности и синхронизации мод. Общий кпд неодимового непрерывного лазера с накачкой излучением ПЛ на длине волны генерации 1,06 мкм достигает 20%, [c.50]

Лазеры на красителе работают либо в импульсном, либо, если выполняется условие (6.19), в непрерывном режиме. Лазерная генерация в импульсном режиме получена на большом числе различных красителей, причем для накачки применялись как импульсная лампа с коротким импульсом (при длительности переднего фронта <С 1 мкс), так и лазер, генерирующий короткие световые импульсы. В обоих случаях короткие импульсы необходимы для того, чтобы обеспечить генерацию до того, как в триплетном состоянии накопится существенная населенность, и до появления градиентов показателя преломления в жидкости. При накачке импульсной лампой можно применять эллиптический осветитель или осветитель с плотной упаковкой (см. рис. 3.1,6 и в). Чтобы обеспечить лучшую однородность накачки, а отсюда и более симметричные градиенты показателя преломления, применяют также и спиральные лампы в конфигурации, аналогичной рис. 3.1, а. Для лазерной накачки часто применяют азотный лазер, УФ-излучение которого подходит для накачки многих красителей, генерирующих в видимой области спектра. Для получения больших энергий и средних выходных мощностей для накачки УФ-излучением все чаще применяют более эффективные эксимерные лазеры (в частности, KrF и XeF), в то время как для красителей с длиной волны излучения более чем 550—600 нм предпочитают использовать вторую гармонику Nd YAG-лазера в режиме модуляции добротности (Х = 532нм), а также зеленое или желтое излучение лазера на парах меди, [c.393]

В несколько различных направлениях (хотя и удовлетворяющих условиям фазового синхронизма). Это накладывает верхний предел на длину взаимодействия основного пучка конечного поперечного сечения в кристалле. Данное ограничение можно преодолеть, если возможно использовать угол 0т = 90°, т. е. реализовать случай Ле(2ш, 90°) = Ло(ш). Такой тип фазового синхронизма называется 90°-ным фазовым синхронизмом, и в некоторых случаях его можно получить, изменяя температуру кристалла, поскольку в общем случае Пе и По по-разному зависят от температуры. Подводя итоги проведенному выше рассмотрению, можно утверждать, что в отрицательном одноосном кристалле (с достаточной величиной двулучепреломле-ния) фазовый синхронизм достижим, когда обыкновенный луч на частоте [луч Ех в (8.55в)] соединяется с обыкновенным лучом, имеющим также частоту [луч Еу в (8.55в)], в результате чего образуется необыкновенный луч с частотой 2ш, или в соответствующих обозначениях Ощ + Om->- 2w Этот процесс называется генерацией второй гармоники типа I. В отрицательном одноосном кристалле при наличии фазового синхронизма возможно также существование другого вида ГВГ, называемого процессом типа II. В этом случае обыкновенная волна на частоте ш может соединиться с необыкновенной волной, имеющей также частоту , вследствие чего возникнет необыкновенная волна с частотой 2 , или в соответствующих обозначениях Ощ + [c.500]

РИС. 12.1. Установка, использованная в первом эксперименте, в котором была по-/гучена генерация второй гармоники [1]. Пучок рубинового лазера (X = 0,694 мкм) фокусируется на кристалле кварца, что приводит к генерации (слабого) пучка при Х/2 = 0,347 мкм. Затем два пучка разделяются призмой и регистрируются на фотопленке. [c.558]

Для эффективности генерации второй гармоники в волоконных световодах требуется инкубационный период, во время которого происходит так называемый процесс подготовки световода. В ранних работах [54, 55] световод подготавливался путем ввода мощных импульсов на длиней. элны 1,06 мкм длительностью около 100 пс. Время подготовки зависело от мощности накачки и составляло несколько часов при мощностях накачки порядка 10 кВт, Сердцевина световода была легирована германием и фосфором. Наличие фосфора казалось необходимым для процесса подготовки. В недавнем эксперименте [60], в котором использовался Кг -лазер с длительностью импульсов 100 ПС на длине волны 647.1 нм, световод с сердцевиной, легированной только Ge, был подготовлен в течение 20 мин при пиковой мощности всего 720 Вт, В другой работе [57] было обнаружено важное обстоятельство-световод можно подготовить в течение лишь нескольких минут даже на длине волны 1,06 мкм, используя слабый сигнал второй гармоники, распространяющийся вместе с импульсом накачки и действующий как затравка. При тех же условиях, но без затравки, световод не удавалось приготовить даже после 12 ч. [c.310]

Некоторые световоды меняют свои оптические свойства под действием интенсивного светового излучения в течение периода от нескольких минут до нескольких. часов. В разд. 10.5 обсуждалась генерация второй гармоники в световодах, подвергшихся воздействию импульсов излучения на длине волны 1,06 мкм. Другой фото-индуцированный эффект в световодах проявляется в появлении постоянной решетки показателя преломления в световодах, легированных германием, после воздействия на них непрерывного излучения аргонового лазера вблизи 0,5 мкм. Этот эффект впервые наблюдался Хиллом с соавторами [39] и затем интенсивно изучался [40-50]. Его механизм, однако, не вполне ясен. Этот эффект фоточувствительности световода представляет практический интерес, поскольку световод с наведенной в нем решеткой действует как низкополосный брэгговский фильтр [40]. Кроме того, его диспфсия вблизи длин волн, на которых формируются решетки показателя преломления, аномальна (Рз < 0). Это свойство можно использовать для компенсации материальной дисперсии световодов в системах оптической [c.318]

Сильный энергообмен при больших групповых расстройках генерация гигантских импульсов второй гармоники. В этом разделе на примере ГВГ мы кратко обсудим принципиальную возможность получения за счет нелинейных взаимодействий гигантских импульсов, т. е. импульсов, максимальная мощность которых превышает мощность накачки. Физика явления достаточно наглядна. Если, например, короткий импульс на частоте 2 oi взаимодействует с гораздо более [c.119]

При анализе работы синхронно-накачиваемых лазеров важную роль играет расстроечная характеристика — зависимость длительности импульсов генерации т от расстройки длин резонаторов накачивающего и накачиваемого лазеров AL=Lj,—L . В реальных системах расстроечная характеристика имеет вид резко асимметричной резонансной кривой с характерной шириной AL/L 10 . На практике согласование длин резонаторов осуществляется исходя из условия минимума ширины корреляционной функции интенсивности либо максимума энергии излучения второй гармоники. Резонансный характер расстроечной характеристики и ее малая относительная ширина приводят к необходимости тщательной стабилизации периода [c.248]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...