Генерация второй гармоники фазовый синхронизм

В чем заключается условие волнового (фазового) синхронизма и как его используют в эксперименте для резкого повышения КПД генерации второй гармоники [c.456]

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]

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]

Нелинейный элемент для генерации второй гармоники представляет собой кристалл, вырезанный вдоль направления фазового синхронизма, при котором происходит эффективное преобразование излучения во вторую гармонику на всем протяжении распространения света в кристалле. [c.172]

Если генерация второй гармоники осуществляется с помощью ультракоротких световых импульсов, то возникают дальнейшие усложнения, не имеющие места при возбуждении монохроматическим светом. В частности, условие фазового синхронизма А = 0 хотя и может быть выполнено для средней частоты импульса, но уже не выполняется для всего расширенного спектра частот импульса. В решении (8.10) это выражается зависимостью подынтегрального выражения от разности групповых скоростей, входящих в дисперсионный параметр D. Аналитически интегрирование (8.10) возможно для определенных функциональных зависимостей амплитуды от времени i4i(0- Для гауссовой функции, например, результат выражается интегралом ошибок с комплексным аргументом. Это позволяет определить интенсивность, а также ее интегральное во времени значение и энергию импульса, отнесенные к единице площади. При коротких импульсах накачки оказывается, что энергия импульса растет медленнее, чем z , и при z< Lnl- Это вызвано невыполнением условия фазового синхронизма для части спектра импульса. В качестве характеристического параметра может быть введена длина [c.280]

Генерация второй гармоники в нелинейных кристаллах используется для преобразования инфракрасного излучения мощных лазеров в видимое. Например, вторая гармоника лазера на иттрий-алюминие-вом гранате,, активированном неодимом, представляет собой зеленый свет, весьма удобный для разнообразных оптических исследований. При выполнении условия фазового синхронизма удается получить к.п.д. преобразования около 20—30%. Однако более эффективными оказались системы, в которых нелинейный кристалл помещается внутри лазерного резонатора. Как видно из (10.22), интенсивность второй гармоники пропорциональна квадрату интенсивности исходного излучения, которое внутри резонатора имеет значительно большую мощность, чем на выходе лазера. Зеркала [c.492]

В рассмотренном примере основная волна являлась обыкновенным лучом, а вторая гармоника — необыкновенным. Для положительных одноосных кристаллов ситуация прямо противоположная условия синхронизма выполняются для необыкновенной основной волны и обыкновенной волны второй гармоники. Условие фазового синхронизма можно выполнить и в том случае, когда основное излучение является суперпозицией обыкновенной и необыкновенной волн. Синхронными оказываются взаимодействия из двух — обыкновенной и необыкновенной основных волн с обыкновенной волной второй гармоники в положительном кристалле и необыкновенной — в отрицательном. Если обе основные волны имеют одинаковую поляризацию, то принято говорить, что имеет место синхронизм I типа, если же их поляризации взаимно перпендикулярны, то имеет место синхронизм II типа. Очевидно, что метод получения синхронного взаимодействия, рассмотренный на примере генерации второй гармоники, полностью применим и в том случае, когда частоты двух основных волн не равны. [c.82]

Глава 2 содержала подробное обсуждение синхронной генерации второй гармоники плоской монохроматической волны. В приближении заданного поля мы вывели формулу (2.52) для мощности второй гармоники. Решение укороченных уравнений (2.51) для случая точного фазового синхронизма, учитывающее истощение основной волны, содержится в соотношениях (2.68— 2.70), из которых без труда можно получить выражение для генерируемой мощности. [c.129]

Условие фазового синхронизма (3.5) для случая генерации второй гармоники имеет вид [c.235]

Схема установки, применяемой для этой цели, изображена на фиг. 4.2. В качестве источника основного излучения используется гелий-неоновый лазер (длина волны генерации 1,15 или 1,08 мкм) или лазер на АИГ (алюмо-иттриевый гранат), работающий на длине волны 1,06 мкм. Самописец регистрирует величину сигнала второй гармоники, в то время как температура кристалла проходит через значение, соответствующее температуре синхронизма. С тем же успехом в этой установке может использоваться и угловая перестройка. Для совершенного кристалла кривая зависимости мощности ВГ от температуры по существу совпадает с функцией [(sin x)/x]2 [см. выражение (2.44) и фиг. 3.2]. Если же различные области кристалла имеют разную температуру синхронизма вследствие изменений состава кристалла, то центральный максимум этой кривой уширится и уменьшится по величине, а ближайшие боковые максимумы будут искажены. При удалении от центрального максимума искажения будут все меньше и меньше, поскольку фазовая расстройка увеличивается и, следовательно, эффективная длина взаимодействия уменьшается, а на малой длине неоднородности показателя преломления пренебрежимо малы. [c.103]

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]

Существует много веществ, оптические свойства которых зависят как от направления распространения, так и от поляризации световых волн. К оптически анизотропным материалам относятся кристаллы, например кальцит, кварц и KDP, а также жидкие кристаллы. Эти материалы характеризуются многими необычными оптическими свойствами, такими, как двойное лучепреломление, оптическое вращение плоскости поляризации, поляризационные эффекты, коническая рефракция, электрооптические и акустооптические эффекты. Анизотропные кристаллы используются во многих оптических устройствах, например в призменных поляризаторах, поляризационных пластинах и в двулучепреломляющих фильтрах. Анизотропные нелинейные вещества используются также для достижения фазового синхронизма при генерации второй гармоники. Таким образом, очевидно, сколь важным для практического применения этих свойств является четкое представление о процессе распространения света в анизотропных средах. Данная глава целиком посвящена изучению распространения электромагнитного излучения в этих средах. [c.78]

Полезные нелинейные коэффициенты НБН вдвое больше, чем у LiNb03 и в 20 раз выше, чем у гидрофосфата калия КНРО4 [5]. Генерация второй гармоники в кристаллах НБН может быть осуществлена как при комнатной, так и при повышенных температурах. В последнем случае угол фазового синхронизма вфс составляет 90°, и ге- [c.193]

В соответствии с (8.6) для эффективной генерации второй гармоники необходимо выполнение условия фазового синхронизма Ай = 0. Для этой цели можно воспользоваться явлением двулучепреломления в используемом нелинейно-оптическом кристалле. Показатель преломления /г (0, со) для необыкновенной волны, распространяющейся в одноосном двулучепреломляю-щем кристалле под углом 0 к оси кристалла, определяется выражением [c.277]

Методы осуществления фазового синхронизма. Если, исходя из табличных данных о jui irep Hii ноказателя преломления различных сред, оцеггнть д.пину синхронизма L = ДЛ , то получится очень малая величина. Например, в случае генерации второй гармоники излучения видимого диапазона частот в кварце расчет дает длину L 10 мкм. Это значит, что, возбуждая [c.149]

В большинстве ранних работ, посвященных резонансным нелинейным взаимодействиям волн, среда считалась безграничной и однородной. Серьезное внимание к раснадным процессам в неоднородных средах было привлечено в связи с проблемой преобразования энергии мощного лазерного излучения в плазменные колебания. Уже из первых работ, посвященных резонансным волновым взаимодействиям в неоднородных средах, следовало, что неоднородность существенно изменяет характер этих процессов [6—8]. Так, в работе [6] обнаружено, что запрещенная условиями фазового синхронизма генерация второй гармоники в плазме без магнитного поля возможна в неоднородной плазме в области, где становится близкой к нулю диэлектрическая проницаемость волны на основной частоте. [c.104]

Простейший из процессов нелинейного взаимодействия трех волн в средах с квадратичной нелинейностью —.генерация второй гармоники. В данном параграфе мы исследуем влияние расстроек фазового синхронизма, вызванных неоднородностью среды, на этот процесс без использования линеаризуюш их уравнения приближений. [c.120]

Максимальная эффективность генерации второй гармоники в линейно-неоднородной среде, где безразмерная расстройка фазового синхронизма имеет вид к ) = к%, достигается на расстоянии от входа в нелинейную среду, определяемом из уравнения (38.12). Па расстояниях больших tm, происходит обратная перекачка энергии в основное излучение и интенсивность второй гармоники надает. Решая (38.12) с учетом (38.25), нетрудно вычислить расстояние от границы нелинейной среды t,m, на котором достигается максимальный КПД Im im) генерации второй гармоники [c.125]

Для неоднородностей степенного вида х( ) = х КПД генерации второй гармоники вблизи точки фазового синхронизма описывается следующим выран еннем [c.126]

КПД генерации второй гармоники /( , Хо, % ) в линейно-неоднородной среде зависит от безразмерной длины нелинейной среды = //нп, расстройки фазового синхронизма на входе Xo = A(0)Zh.i и параметра х, характеризующего степень неоднородности нелинейной среды. Длина нелинейной среды и расстройка фазового синхронизма на входе могут быть выбраны оптимальными ( opt и Xoopt) таким образом, чтобы обеспечивался предельно возможный КПД /maxdx l) в среде с данным градиентом неоднородности х. [c.127]

Графики фиг. 3.4 весьма наглядно демонстрируют принцип осуществления фазового синхронизма в двулучепреломляющих кристаллах, однако они не дают информации о величинах углов, при которых осуществляются те или иные синхронные взаимодействия. Такую информацию можно получить из диаграммы, построенной в прямоугольной системе координат, по оси х которой отложена выходная частота Уз, а п о оси у — входные частоты VI и V2. Каждая выходная частота может быть получена путем многих различных комбинаций входных частот, так как мы можем записать, что уз = [7гУз — Аг] + [ /гУз + Дг]. Однако для заданного угла синхронизма возможна лишь одна комбинация частот, которая дает два значения у для каждого значения X. Если соединить все точки, соответствующие данному углу синхронизма, то в общем случае получится две кривых если при этом возможна синхронная генерация второй гармоники, то две кривые вырождаются в одну. На фиг. 3.5 представлены типичные примеры для обоих случаев, причем на одной половине каждой диаграммы кривые построены для частот, а на другой — для длин волн. [c.82]

Генерацию третьей гармоники в нелинейной среде можно получить за счет кубичной восприимчивости хз в (10.6). Исходное излучение частотой со создает в нелинейной среде поляризованность, осциллирующую на утроенной частоте Зсо. Элементарные вторичные волны третьей гармоники, испускаемые разными элементами объема среды, будут иметь всюду одинаковое фазовое соотношение с возбуждающей их волной поляризованности при совпадении показателей преломления на частотах со и Зсо. Дисперсия среды на интервале (со, Зсо) еще больше, чем в случае второй гармоники. Это ограничивает выбор кристаллов, в которых возможно выполнение условия пространственного синхронизма п(Зсо)=п(со), так как дву-преломление должно быть настолько большим, чтобы поверхности По(со) и пДЗсо) еще пересекались. Но главная трудность связана с малым значением кубичной восприимчивости, что вынуждает применять очень интенсивное исходное излучение. Интенсивность третьей гармоники пропорциональна кубу его интенсивности. [c.493]

Слагаемое с тройной частотой сод = Зсо, очевидно, приводит к генерации третьей гармоники. Разность показателей преломления п (Зсо) — п (со) здесь еще больше, чем в случае второй гармоники. Это ограничивает выбор кристаллов, для которых можно удовлетворить условию фазового синхронизма. Основная трудность опыта связана с малыми значениями кубичной поляризуемости g, что вынуждает применять большие кристаллы и большие освещенности, часто приводящие к разрушению кристаллов. Несмотря на это, генерация третьей гармоники наблюдалась еще в 1962 г. группой американских физиков на кристалле исландского шпата при освещении его светом рубинового лазера. На выходе кристалла удалось зарегистрировать излучение с длиной волны 231,3 нм. Позднее генерация наблюдалась в некоторых оптически изотропных кристаллах (например, LiF, Na l), жидкостях и газах. [c.733]

На нечетрых нелинейностях будут возбуждаться нечетные гармоники, однако при отсутствии фазового синхронизма они, как мы видели на примере генерации второй гяпмоники в 2, будут слабыми, и ими можно пренебречь. [c.178]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...