Коэффициент поглощения нелинейный

Формулы (35.17) и (35.18) позволяют оценить зависимость населенностей уровней от параметров рассматриваемой системы и интенсивности внешнего оптического возбуждения. Населенность возбужденного уровня только при малых пив начальные моменты времени t растет линейно. При больших интенсивностях потоков эта зависимость становится нелинейной, проявляется тенденция к насыщению, рост 2 замедляется, а затем в стационарном режиме совсем прекращается. Коэффициент поглощения (35.19) при этом систематически уменьшается и в пределе при и оо стремится к нулю (рис. 35.4). Стационарный режим устанавливается, как правило, очень быстро, для электронных переходов — приблизительно за 10 с и меньше. [c.274]

Явления, связанные с обратимыми изменениями физических свойств среды под действием проходящего сквозь среду интенсивного света, называют нелинейно-оптическими. Выше мы говорили об изменении под действием света такой характеристики среды, как ее диэлектрическая восприимчивость. С этим связаны, в частности, явления генерации оптических гармоник, параметрического рассеяния света, параметрической генерации света — явления, прекрасно демонстрирующие нарушение принципа суперпозиции световых волн в среде (позднее мы поговорим о них подробнее). Нелинейно-оптические явления могут быть обусловлены изменением под действием света не только восприимчивости, но и других физических характеристик, например степени прозрачности (коэффициента поглощения) вещества. [c.213]

В среде с нелинейным показателем преломления мощная световая волна сама определяет величину и закон дисперсии фазовой скорости у((о, /) = /Re ( О, I) и коэффициента поглощения б(о), 1)= <а/с)Х X Im ге (о), /) среды, в которой она распространяется,—происходит само-воздействие света. [c.67]

Параметры, характеризующие свойства активной среды (коэффициент поглощения, показатель преломления) при высоком уровне интенсивностей излучения становятся нелинейными, т. е. зависящими от значения интенсивности. Это существенно усложняет процесс взаимодействия усиливаемого излучения с активной средой. Поскольку при разработке лазерных систем требования к выходным характеристикам формулируются достаточно жестко, то задача точного исследования возможного влияния нелинейных явлений на выходные характеристики излучения, учет этого влияния и обеспечение возможности управления процессами нелинейного взаимодействия, а также необходимой точности и воспроизводимости выходных характеристик — все это составляет круг вопросов, требующих детальной разработки. [c.196]

Распространение волн в среде с вязкостью и Теплопроводностью сопровождается потерей звуковой энергии. Энтропия среды в этом случае, вообще говоря, возрастает, и к нелинейным уравнениям сохранения массы и импульса добавляется еще нелинейное уравнение переноса тепла (1.23). Теория распространения волн конечной амплитуды в этом случае усложняется из-за того, что процесс в волне, строго говоря, нельзя считать адиабатическим. Отклонение от адиабатичности, однако, можно считать малым, так как даже при переходе через фронт ударной волны изменение энтропии — величина третьего порядка малости. Это позволяет линеаризовать уравнение переноса тепла и, следовательно, считать, что диссипативные процессы линейны. Изменение энтропии при этом происходит только за счет теплопроводности. Поглощение монохроматической волны малой амплитуды при аоЯ I определяется коэффициентом поглощения [c.98]

Искажение волн конечной амплитуды, рассмотренное ранее в этой главе, может быть представлено (при излучении монохроматической волны) как появление и рост в процессе распространения высокочастотных гармоник. Поскольку поглощение в жидкостях и газах со , то качественно совершенно очевидно, что нелинейное искажение должно сопровождаться увеличением поглощения. Следует ожидать, что коэффициент поглощения волны конечной амплитуды зависит от ее спектрального состава, а поскольку последний мол<ет меняться по мере распространения волны, то меняется в пространстве и коэффициент поглощения. Поэтому в отличие от поглощения волн малой амплитуды, для которых коэффициент поглощения оо постоянен, в случае волн конечной амплитуды, как будет видно пз дальнейшего, коэффициент поглощения зависит от координат, и в дальнейшем, говоря о коэффициенте поглощения, мы будем иметь в виду дифференциальный коэффициент. [c.113]

При анализе условий возникновения нелинейных эффектов в атмосфере необходимо принимать во внимание высотный ход функций, определяющих процесс. На рис. 1.1 приводится высотная зависимость коэффициента поглощения углекислого газа и водяного пара [87]. Для излучения С02-лазера коэффициент поглощения атмосферой есть [c.15]

В общем случае коэффициент поглощения при средней температуре ср = 0 + [АО)/2 не совпадает с ср, поскольку связь а в) нелинейна. Лишь в пределе [Ав)/вср 1 выполняется приближение ср а вср)-Если (Ав)/вер 1, то получаем ср > а[вср)- При этом основной вклад в ср вносит слой сравнительно небольшой толщины, расположенный у горячей поверхности. Чтобы определить, какой перепад температур можно считать малым, построим отношение <5 = [ ср — о (0ср)]/с> ( ср) для различных Ав (рис. 5.12). Если температура холодной поверхности [c.120]

Оценка коэффициента поглощения в нелинейном режиме имеет вид [c.222]

Изложенные теоретические результаты по зависимости коэффициента поглощения от интенсивности звука и подавлению нелинейного поглощения слабым магнитным полем подтверждены экспериментальными данными (см. [107]). [c.223]

При распространении в молекулярных газах и атмосфере интенсивного лазерного излучения коэффициент поглощения к может зависеть от интенсивности в силу действия целого ряда нелинейных спектроскопических эффектов таких, как спектроскопический эффект насыщения, динамический эффект Штарка, изменение потенциала межмолекулярного взаимодействия в сильном электромагнитном поле резонансной и нерезонансной частоты, воздействие поля электромагнитного излучения на динамику столкновений, многофотонные процессы и т. д. [c.222]

Бугера. Она количественно описывает спадание интенсивности излучения по мере его проникновения в поглощающую среду. При записи дифференциального уравнения коэффициент поглощения q считается не зависящим от интенсивности света. Это положение лежит в основе всех обсуждаемых ниже явлений. Справедливость такого линейного приближения доказана множеством самых разных экспериментальных фактов. Лишь при использовании источников света очень бoльuJOЙ мощности (лазеров), появившихся в последнее время, возникла необходимость учета зависимости q от 1, что и послужило одной из причин возникновения нелинейной оптики (см. 4.7, 8.5). [c.101]

Возникшая как самостоятельный раздел оптики в начале 60-х годов (после появления лазеров) нелинейная оптика объединяет обширный круг явлений, обусловленных зависимостью параметров среды [коэффициенты поглощения k(v) и преломления n(v)] от интенсивности проходящего света. Оставим пока в стороне вопрос о нарушениях закона Бугера, связанных с у1сазанной зависимостью коэффициента поглощения k v) от напряженности электрического поля, и обратим внимание на свойства коэффициента преломления n(v), проявляющиеся в сильных полях. В таком изложении основ нелинейной оптики легче будет отделить классические эффекты (самофокусировка излучения, преобразование частоты света со всеми вытекающими отсюда последствиями) от квантовых, рассмотрение которых требует введения понятия фотона и других, более сложных представлений (см. 8.5). [c.168]

Однако следует принять во внимание, что при поглощении света молекула переходит в новое, возбужденное состояние, запасая поглощенную энергию. Пока она находится в таком состоянии, ее способность поглощать свет изменена. То обстоятельство, что в опытах Вавилова закон Бугера соблюдался при самых больших интенсивностях, доказывает, что число таких возбужденных молекул в каждый момент остается незначительным, т. е. они очень короткое время находятся в возбужденном состоянии. Действительно, для веществ, с которыми были выполнены указанные опыты, его длительность не превышает с. К этому типу относится огромное большинство веществ, для которых, следовательно, справедлив закон Бугера. Выбрав специально вещества со значительно ббльщим временем возбужденного состояния, Вавилов мог наблюдать, что при достаточно большой интенсивности света коэффициент поглощения уменьшается, ибо заметная часть молекул пребывает в возбужденном состоянии. Эти отступления от закона Бугера представляют особый интерес, так как они представляют собой исторически первые указания на существование нелинейных оптических явлений, т. е. явлений, для которых несправедлив принцип суперпозиции. Последующие исследования привели к открытию больщого класса родственных явлений, содержание которых излагается в гл. XL и XLI. Таким образом, закон Бугера имеет ограниченную область применимости. Однако в огромном числе случаев, когда интенсивность света не слишком велика и продолжительность пребывания атомов и молекул в возбужденном состоянии достаточно мала, закон Бугера выполняется с высокой степенью точности. [c.566]

Оптические квантовые генераторы оказали и, несомненно, будут оказывать в дальнейшем значительное влияние на развитие оптики. Изучение свойств самих лазеров существенно обогатили наши сведения о дифракционных и интерференционных явлениях (см. 228—230). Распространение мощного излучения, испущенного оптическим квантовым генератором, сопровождается так называемыми нелинейными явлениями. Некоторые из них — вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна, вынужденное рассеяние крыла линии Рэлея и вынужденное температурное рассеяние — описаны в главе XXIX выше упоминались также многофотонное поглощение и многофотонная ионизация (см. 157), зависимость коэффициента поглощения от интенсивности света (см. 157), нелинейный или многофотонный фотоэффект (см. 179), многофотонное возбуждение и диссоциация молекул (см. 189), эффект Керра, обусловленный электрическим полем света (см. 152) сведения о других будут изложены в 224 и в гл. ХК1. Совокупность нелинейных явлений составляет содержание нелинейной оптики и нелинейной спектроскопии, которые сформировались в 60-е годы и продолжают быстро развиваться. [c.770]

Следует отметить, что еще в 20-х гг. Вавилов искал экспериментальную зависимость коэффициента поглощения от интенсивности падающего светового потока. Однако в то время такую зависимость обнаружить не удалось, хотя интенсивность потока изменялась в опытах в 10 раз. Для обнаружения эффекта насыщения в двухуровневых системах нужны еще более мощные (лазерные) потоки. Из формул (35.17) — (35.19) следует, что нелинейность проявляется, если (при малых 12 и 21) u>A2l 2B2l = 4nhv . В этом случае вероятность вынужденного испускания превосходит вероятность спонтанного испускания. [c.274]

Первый нелинейно-оптический эксперимент — просветление среды. С. И. Вавилов еще в 20-х годах высказывал мысль, что квантовая природа света должна обусловливать нарушение принципа суперпозиции световых волн в среде и приводить к нелинейно-оптическим явлениям. Совместно с В. Л Левшиным он осуществил в 1925 г. первый нели-ноино-оптический эксперимент — наблюдал просветление уранового стекла под действием света конденсированной искры. В эксперименте было зафиксировано уменьшение коэффициента поглощения стекла на 1,5 % при точности измерений 0,3 %. [c.215]

Рис. 7.26. Нелинейное затухание в воде — зависимость коэффициента поглощения от амплитуды волны р (Re = p /2nbf, Ь = ф-[122 0-[1231 А -[1241 Д--[125] +-[126] -[127]

СПЕКТРОСКОПИЯ (раздел физики, в котором изучают спектры оптические абсорбпионпая изучает спектры поглощения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового света акустическая — совокупность методов измерения фазовой скорости и коэффициента поглощения звуковых волн различных частот, распространяемых в веществе вакуумная — спектроскопия коротковолнового ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения, в которой применяют вакуумные спектральные приборы лазерная изучает полученные с помощью лазерного излучения спектры испускания, поглощения и рассеяния света мессбауэровская — метод изучения электрических и магнитных полей, создаваемых на атомных ядрах их окружением микроволновая — радиоспектроскопия электромагнитных волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн нелинейная — методы исследования строения вещества, основанные на нелинейных оптических явлениях оптико-акустическая — метод анализа вещества, основанный на изучении спектров поглощения света, возникающих [c.278]

При малых числах Рейнольдса, когда нелинейное искажение волны невелико, коэффициент поглощения ми-нохроматической у источника звука волны можно определить из (3.10), пользуясь термодинамическими расчетами [6]. Это дает для сред с квадратичной зависимостью поглощения от частоты (см. [13]) [c.113]

Соотношения (3.32) и (3.33) интересны тем, что позволяют установить минимальные звуковые давления, при которых нелинейное искажение может сказаться на результатах измерения коэффициента поглощения волн малой амплитуды. Естественно, что чем более высока точность измерения ао, тем более жестки требования, ограничивающие сверху амлитуду звуковой волны при измерении. Особенно большие ошибки могут вноситься при измерении поглощения в маловязких (Ь < 0,04 пз) жидкостях. Как показывает элементарный расчет (см., например, [14]), при точности измерения ао в 10% и неблагоприятных условиях (работа на расстояниях, близких к расстоянию Xs) в воде, например, необходимо работать при напряжениях на кварцевых излучателях, меньших 30 в, в метиловом спирте — 13 в, в глицерине — 7 кв (это напряжение не зависит от частоты). [c.114]

Таким образом, релаксирующие среды, вообще говоря, не являются средами, где коэффициент поглощения квадратично зависит от частоты. Высокочастотные гармоники, появляющиеся в процессе нелинейного искажения формы профиля волны, могут попадать в область ot 1, где релаксационная часть поглощения не зависит от частоты. Уже одно это может привести к некоторому отличию процессов пскажения и поглощения волн конечной амплитуды. Другим существенным обстоятельством является то, что в релаксирующих средах имеет место дисперсия скорости звука. то приводит к тому, что между появляющейся в области дисперсии гармоникой и порождающей ее волной могут в процессе распространения изменяться фазовые соотношения или, как иногда говорят, не выполняться условия синхронизма. [c.131]

Остановимся на одном весьма существенном недостатке измерения коэффициента поглощения звука по акустическим течениям. При этих измерениях приходится пользоваться довольно большими интенсивностями звука. В некоторых работах, по-видимому, акустические числа Рейнольдса Re были 1. Помимо того, что эккартовская теория в этой области неприменима, коэффициент поглощения в этом случае из-за нелинейного искажения формы волны (см. гл. 3, 4) больше, чем коэффициент поглощения волны малой амплитуды. Увеличение поглощения, по-видимому, приводит к тому, что скорость теченпя больше эккартовской, и в результате экспериментальное отношение объемной вязкости к сдвиговой, или экспериментальный коэффициент поглощёния, определенный этим [c.245]

С увеличением тe шepaтypы вязкость жидкостей убывает и числа Рейнольдса растет. Если коэффициент поглощения монохроматической волпы о зависит от температуры слабее, чем вязкость, то поглощение волны конечной амплитуды может возрастать с температурой вследствие усиления нелинейных эффектов. Иллюстрацией к этому служит приведенная на рис. 25 экспериментальная кривая аномальной температурной зависимости поглощения ультразвука в транс- форматорном масле при частоте 1,5 МГц и интенсивности у источника 9 Вт/см [32]. [c.101]

Если теперь обратиться к интересующим пас столь большим интенсивностям излучения, когда существенную роль пграют нелинейные эффекты, то необходимо в выражении для коэффициента поглощения (2) кроме линейной восприимчивости х" принимать во внимание и нелинейные восприимчивости (лекция 2). В принципе нелинейное поглощение может быть обусловлено любыми нелинейными эффектами, обсуждавшимися выше, в том числе нелинейным рассеянием света (лекция 10) и возбуждением высших гармоник (лекция 12), [3]. Как уже говорилось выше, [c.191]

В общем случае нелинейного поглощения выражение (2) заменяется на соотношение вида ц Р", т. е. появляется зависимость коэффициента поглощепия ц от интенсивности излучения Р. Таким образом, закон Бера не имеет места. Соответственно нарушается и закон Бугера (2), так как появление зависимости 1(Р) означает, что по мере распрострапения света в среде и уменьшения его интепсивности (нз-за поглощения) будет изменяться и коэффициент поглощения. В рамках нелинейной оптики лишь в одном случае справедлив закон Бугера — в приближении заданного поля падающей волны. При этом, хотя ц зависи- [c.192]

Возникновение нелинейного поглощения может качественно и количественно очень резко изменять поглощение излучения в прозрачных средах по сравнению со случаем линейного поглощения. Хорошим примером является процесс возбуждения высших оптических гармоник. Так, линейное поглощение излучения видимого диапазона в кристалле КВР весьма мало (ц 10 см ), однако прп осуществле]1пп фазового синхронизма на дл]гне пути в Кристалле порядка 1 см падающее излучение может практически полностью перейти в излучение на частоте 2и, что соответствует коэффициенту поглощения ц 1 см". Таким образом, нелинейное поглощение на несколько порядков величины больше линейного. Однако в этом н в других аналогичных случаях возникновенпе нелипейиого поглощения не связано с изменениями самой среды. [c.192]

Действие пассивных затворов основано на способности материалов изменять свои оптические свойства под влиянием падающего на них света. Простейшие пассивные затворы представляют собой пленку из поглощающего материала, помещенную в резонатор лазера. В определенный момент пленка испаряется, открывая расположенное за ней зеркало. При этом потери в резонаторе лазера резко падают и происходит генерация гигантского импульса. Недостаток таких простейших модуляторов вытекает из необратимости происходящих процессов, в связи с чем чан1.е используются устройства на основе обратимых процессов насыщения поглощения, нелинейности коэффициента отражения, вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна, самофокусировки. [c.176]

Первое слагаемое в правой части представляет временное изменение у в элементе объема вследствие проникновения частиц через граничные поверхности, перпендикулярные направлению движения v — групповая скорость. Второе слагаемое описывает результирующую скорость генерации в результате рассматриваемого нелинейного процесса, отнесенную к элементу объема iw = (1/У) А (а а5)/А/. Третье слагаемое в (3.16-65) характеризует потери, обусловленные взаимодействием с диссипативной системой. В случае световых квантов можно положить 8 = vday, где 4а — коэффициент поглощения. В случае возбужденных состояний среды (поляритоны) справедливо уравнение 5Э = Р(у — v), в котором v— значение у в состоянии теплового равновесия. Величины v a И р имеют смысл обратных времен жизни. Поскольку скорость генерации w, вообще говоря, содержит связь между уь, ys, ур [ср. уравнение (3.16-64)], то одновременное рассмотрение частиц всех трех типов приводит к системе связанных дифференциальных уравнений. Важное отличие рассмотрения процессов по сравнению с классическими уравнениями возникает в связи с тем, что величина w автоматически содержит спонтанные компоненты излучения. Комбинационное рассеяние на поляритонах и комбинационное рассеяние на длинноволновых оптических фононах могут быть рассмотрены по одной и той же схеме доказательство правильности этого утверждения можно получить, анализируя структуру заданного в уравнении (3.16-19) оператора взаимодействия и пользуясь разъяснениями, следующими за уравнением (3.16-38). [c.390]

В целом результаты поляритонного рассеяния позволяют сделать важные выводы о свойствах вещества молекул (в жидкостях) и кристаллов. Во-первых, возникает связь между величинами, доступными измерениям, и атомными величинами в качестве примера можно указать на соотношение (3.16-60) для стоксова коэффициента усиления. Во-вторых, становится возможным определение важных макроскопических оптических величин, таких как характеристические параметры в нелинейных восприимчивостях, в дисперсионных и в релаксационных соотношениях. В определенных случаях из поляритонного рассеяния определяются оптические величины в таких областях длин волн, для которых при других методах возможны только экстраполяции. Например, в области сильной поляритонной дисперсии были определены коэффициенты поглощения и показатели преломления в инфракрасном диапазоне. Большой интерес представляют измерения времен жизнц возбужденных колебательных состояний решетки. Изменяя направления входного луча и поляризации по отношению к пространственному положению кристалла и измеряя угловое распределение возникающего излучения, можно [c.394]

Так же как и при взаимодействии электронов с электромагнитным полем, рассмотренным в 12.5, существенный интерес имеют нелинейные эффекты в поглощении звука. Имеется целый ряд таких эффектов. Сюда относятся зависимость коэффициента поглощения Г от интенсивности звука и так называемый звукоэлектрический эффект. Последний заключается в возникновении постоянного тока благодаря увлечению электронов проводимости бегущей звуковой волной (или появлении электрического поля при разомкнутой цепи). При малых интенсивностях звука ток пропорционален интенсивности, при больших интенсивностях возникает более сложная зависимость. [c.220]

Оптическая бистабильность требует применения нелинейных материалов и оптической обратной связи. В тех устройствах модуляции света, где используют изменение показателя преломления, применяют нелинейные оптические среды, имеющие показатель преломления, зависящий от интенсивности света. Обратная связь является или внешней (макроскопической), где нелинейная среда размещается внутри интерферометра (резонатора) Фабри — Перо , или внутренней (микроскопической), где оптически индуцируемые изменения в нелинейной среде непосредственно влияют на взаимодействие среды с падающим пучком света. Большая часть работ по оптическим переключениям до сих пор выполнялась на устройствах, где для получения бистабильности использовались изменения рефрактивных свойств материалов, а обратная связь осуществлялась с помощью внеигаего резонатора Фабри — Перо. Примером реализации внутренней обратной связи является случай бистабильности, обусловленной возрастанием коэффициента поглощения. В устройствах типа СЭОУ (обсуждаемых ниже), хотя и используют рост коэффициента поглощения, но для воздействия на поглощение применяют извне подаваемое электрическое поле, так что здесь обратная связь является внешней. До сих пор все из наиболее перспективных устройств основывались на внешней обратной связи. [c.53]

Указанные выше желательные параметры нелинейных устройств в свою очередь накладывают определенные требования на материалы. Так, для переключения при ма,тых мощностях необходимо наличие у материалов сильных нелинейных свойств (больших Пг). Быстрый отклик и малые времена релаксации нелинейной среды позволили бы достичь коротких циклов переключения. Нелинейность должна существовать при комнатной температуре. Полупроводники и до некоторой степени органические и фоторефрактивные материалы удовлетворяют большинству этих требований. Однако материал, который удовлетворял бы одновременно всем этим требованиям, еще не найден. Электронные и оптические свойства полупроводников, используемых в нелинейных устройствах, можно изменить, если воспользоваться особыми свойствами электронов проводимости в полупроводниках, облучаемых квантами света с энергиями, близкими энергии ширины запрещенной зоны. В этом случае многие полупроводники, а в частности СаАз, пригодны для создания электронных, оптических или оптоэлектронных устройств. Полупроводники также вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к нелинейным резонаторам Фабри — Перо. Они привлекают тем, что дают возможность получить соответствующий коэффициент поглощения (будучи умноженным на длину он составляет на очень [c.56]

Недавно в [13] были представлены некоторые идеи относительно путей дальнейщего прогресса в данном направленип. Один важный момент, который следует отметить, состоит в том, что из-за ярко выраженной нелинейной зависимости между коэффициентом поглощения и электрическим полем, области ПЗС канала со слабым полем вносят непропорционально малый вклад в поглощение. Так, основная часть электропоглощения в структуре на рис. 3.8, а возникает вблизи затвора, где поле максимально. Более эффективной могла бы быть структура, в которой электрическое поле распределено однородно по большей части канала. Другим путем увеличения соотношения контраста является подход, в котором применяются многослойные структуры и управляющие электрические напряжения прикладываются к слоям параллельно, а оптическое поглощение осуществляется при последовательном прохождении слоев. Оба подхода воплощены в структуре, показанной на рис. 3.23. Основная [c.104]

Оптико-акустический метод очень широко используется для получения количественной информации о спектрах поглощения и параметрах отдельных линий, порогах нелинейных спектроскопических эффектов. Так, с его помощью выполнены измерения коэффициентов поглощения атмосферного водяного пара и метана на отдельных линиях генерации СОг-лазеров [93], СО-лазеров [81] и (НеКе)-лазеров [57], проведены исследования контуров линий поглощения метана [4] и водяного пара [49] в области перестройки длины волны гелий-неонового (3,39 мкм) и рубинового (0,69 мкм) лазеров при вариации давления и состава газовой смеси. [c.198]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...