Комбинационные частоты оптическая нелинейность

Целый ряд характерных особенностей процесса генерации волн комбинационных частот может быть выяснен при рассмотрении оптически изотропной среды (кубический кристалл или изотропная жидкость). Не ограничивая общности, выберем направление оси у так, чтобы Щ, = 0. Как и в линейной задаче о преломлении, здесь можно по отдельности рассмотреть электромагнитную волну с частотой сов, поляризованную нормально к плоскости падения и возбуждаемую компонентой = =, и волну с электрическим вектором в плоскости хг, возбуждаемую компонентой нелинейной поляризации РТ, параллельной этой же плоскости. [c.128]

Как уже указывалось, условие согласования фазовых скоростей основной волны и волны гармоники может быть выполнено в анизотропном кристалле оно может быть также выполнено в изотропных средах, когда в небольших частотных интервалах, попадающих в рабочий диапазон частот, существуют области аномальной дисперсии. Это условие может быть выполнено в изотропных средах с нормальной дисперсией, если число взаимодействующих волн более трех. Наконец, оно может быть выполнено при взаимодействии оптической и акустической волн. Для всех этих случаев важно проанализировать решение нелинейных волновых уравнений с учетом обратной реакции волн гармоник и комбинационных частот на порождающие их волны, т. е. выйти за рамки приближения заданного поля, [c.140]

Использование в оптическом эксперименте лазерных источников света привело к открытию ряда явлений, не совместимых с принципом линейности. Практически одновременно с созданием первых лазеров были обнаружены такие нелинейные оптические явления, как генерация гармоник, сложение и вычитание частот световых потоков, вынужденное комбинационное рассеяние света, двухфотонное поглощение. Было ясно также, что сам лазер — это оптическая система, в которой важную роль играет эффект насыщения усиления света активной средой. Все это стимулировало бурное развитие теоретических и экспериментальных исследований нелинейного взаимодействия света с веществом, разработку методов практического использования нелинейных оптических явлений в науке и технике и привело, в частности, к возникновению нелинейной оптики. [c.298]

Лит. Гиббс Д ж.. Термодинамика. Статистическая механика. пер. с англ., М., 1982, гл- 12 К р ы л о в Н. С., Работы по обоснованию статистической физики, М,— Л,. 1950 Б а л е-с к у Р., Равновесная и неравновесная статистическая механика, лер. с англ., т. 2. приложение Эргодическая проблема, М.. 1978 Заславский Г, М., Стохастичность динамических систем, М,, 1984, гл. 1 Л о с н у т о в А. Ю., Михайлов А. С,, Введение в синергетику, М., 1990. Д, Н. Зубарев. РАЗНОСТНЫЙ тон — комбинационный тон с частотой 0)1 — Юа, возникающий в нелинейной акустич. системе при воздействии на неё двух звуковых колебаний с частотами о>1 и Особое значение Р. т. заключается в том, что он может оказаться в слышимом диапазоне частот, даже если 0)1 и ш, — неслышимые частоты, а это позволяет регистрировать сигналы с частотами ( 1 и Шд. РАЗНОСТЬ ХОДА лучей (в оптике) — разность оптических длин путей двух световых лучей, имеющих [c.248]

Руководствуясь данными табл. 7.20 и 7,21 при выборе материала для конкретных применений, необходимо иметь в виду их относительный характер, что требует в каждом случае дополнительного анализа, учитывающего, в частности, особенности режимов эксплуатации устройств. Кроме перечисленных пассивных нелинейных оптических явлений в веществе могут проходить и так называемые активные нелинейные оптические процессы. К ним относятся, например, процессы многофотонного поглощения, вынужденного рассеяния Мандельштама—Бриллюэна, вынужденного комбинационного рассеяния света и некоторые другие. Физической основой этих процессов является то обстоятельство, что вблизи резонансных частот взаимодействия восприимчивости приобретают комплексный характер. Детальное рассмотрение всей со- [c.239]

При низких напряженностях поля или низких плотностях фотонных потоков, характерных для обычных некогерентных источников света, диэлектрическая проницаемость, или показатель преломления большинства диэлектриков, почти постоянна и не зависит от напряженности поля. При очень высоких л е напряженностях поля или плотностях фотонных потоков, которые можно получить при помощи лазеров большой мощности, картина меняется и в поляризуемости среды приходится учитывать члены более высоких порядков. Возникающие при этом нелинейные эффекты вызвали живой интерес и большую активность ученых — теоретиков и экспериментаторов, и число публикаций по Данному вопросу возрастает колоссальными темпами [116— 120]. Исследования таких эффектов быстро прошли путь от первого слабого обнаружения второй гармоники рубинового лазера в 1961 г. до весьма эффективного (10—30%) преобразования в частоты второй гармоники, обнаружения третьих гармоник и постоянной составляющей (оптическое выпрямление), вынужденного комбинационного рассеяния и создания лазеров на основе целого ряда многочастотных параметрических эффектов [121]. [c.130]

По мере развития лазерной техники все большее значение приобретают исследования динамики процессов, определяющих физическую картину работы лазера в различных режимах. Это связано прежде всего с необходимостью создания лазеров с заданными значениями параметров излучения — энергии в импульсе, длительности импульса, средней и пиковой мощности, частоты следования импульсов и т. п. Большое практическое значение имеет задача создания лазеров с экстремальными характеристиками, в частности задача создания сверхмощных лазеров. Весьма важно обеспечение устойчивости и стабильности различных режимов генерации, хорошей воспроизводимости параметров излучения от импульса к импульсу. Исследования динамики процессов в лазерах являются основой для решения практически важной проблемы управления параметрами лазерного излучения. Заметим также, что эти исследования органически связаны с изучением реальной пространственно-временной структуры излучения, генерируемого лазерами, что крайне важно для интерпретации нелинейно-оптических явлений, включая явления, на основе которых работают параметрические генераторы света, генераторы оптических гармоник, комбинационные лазеры. [c.265]

При теоретическом рассмотрении все нелинейные оптические процессы естественным образам можно разделить на две группы. Характер протекания процессов первого типа существенно определяется фазовыми соотношениями между взаимодействующими электромагнитными полями, а следовательно, их описание невозможно в терминах населенностей, характеризуемых заданными числами фотонов. К процессам этого типа относятся оптическое умножение и смешение частот, параметрическое усиление и преобразование и т. п. Для процессов второго типа, связанных с реальным изменением состояния материальной системы, фазовые соотношения между электромагнитными полями не играют такой определяющей роли важными примерами последних являются стоксово комбинационное рассеяние и многофотонное поглощение. [c.17]

Полуклассическая теория, используемая в настоящей монографии, правильно и гораздо проще описывает нелинейные оптические эффекты исключением являются случаи, соответствующие настолько низким уровням интенсивности, что становятся существенными квантовые шумы. В этих случаях в полуклассической теории необходимо дополнительно учесть процессы спонтанного излучения, описанные выше в этом параграфе. При этом к когерентным полям добавляются поля со случайными фазами и с амплитудами, характерными для спонтанного излучения. Эти поля и являются шумовыми источниками , которые добавляются к классическим полям. Установление классического поля в лазере начинается с уровня этого шума. Фаза поля в лазерном типе колебаний априори неизвестна. По мере того как волна, распространяясь по образцу, нарастает и многократно возвращается обратно за счет отражения от зеркал, устанавливается определенная (но заранее неизвестная) фаза. По той же причине априори неизвестна и фага поля со стоксовой частотой в лазере, использующем вынужденное комбинационное рассеяние. [c.103]

Возникшая в лазерную эпоху новая область оптики — нелинейная оптика — дает возможность развития принципиально новых методов визуализации ИК-излучения. Нелинейность оптических сред приводит к возникновению комбинационных частот при распространении в них нескольких монохроматических волн. Амплитуды комбинационных компонент определяются амплиту- [c.5]

Нелинейные оптические эффекты при взаимодействии излучения с веществом связаны с тем, что под действием мощной электромагнитной волны в веществе создаются наведенные ангармонические осцилляторы, при этом возникают новые спектральные компоненты с кратными или комбинационными частотами [4.40]. Известны нелинейное (многофотонное) поглощение света, нелинейное отражение и ряд других явлений. Для нелинейно-оптических методов диагностики твердого тела типично высокое быстродействие характерные длительности импульсов при возбуждении нелинейного отклика лежат в фемто- и пикосекундном диапазонах. Из-за сложности и больших размеров установок для наблюдения нелинейных эффектов эта область оптики пока мало применяется для термометрии твердого тела. [c.106]

В этой главе мы рассмотрим нелинейные оптические явления, возникающие при распространении мощного лазерного излучения в среде и связанные с нелинейностью отклика среды на внешнее воздействие. Это приводит, в частности, к появлению волны нелинейной поляризации, которая ответственна за генерацию оптического излучения на новых частотах (генерацию гармоник, суммарных и разностных частот, четырехволновое смешение и т.д.), а в случае, когда на комбинационных частотах в среде имеются элементарные возбуждения (оптические и акустические фононы, плазмоны и т.д.), за процессы вынужденного рассеяния. Все эти нелинейные оптические явления описываются нелинейными оптическими восприимчивостями. В этой главе мы рассмотрим их феноменологическую теорию, свойства симметрии и дадим классификацию нелинейно-оптических явлений. [c.184]

При более полном теоретическом исследовании вынужденного комбинационного рассеяния следует рассмотреть систему уравнений для связанных волн с частотой сог,, частотой лазера сох, и со всеми комбинационными частотами соь /сОц. Эти волны могут распространяться во многих направлениях. Чтобы сделать задачу разрешимой, следует ввести некоторые упрощающие предположения. Во-первых, можно исключить уравнение для волны с частотой со , поскольку оптические фононы сильно поглощаются средой. Во-вторых, допустим, что имеет место поглощение и для световых волн с частотами сох- 2(0 . Это позволяет исключить волны стоксовых и антистоксовых компонент с индексом I 2. Хотя волна нелинейной поляризации с частотой сох, + Зм может генерироваться при смешении антистоксовой и стоксовой компонент, 2(0а — (05, соответствующая нелинейная восприимчивость для этого процесса не будет резонансной. По той же причине мож-но исключить из рассмотрения и волны с частотами гармоник 2соь и т. д. Таким образом, мы ограничимся рассмотрением уравнений связанных волн с тремя частотами сох,, сОз и (Оа, однако даже и этот случай не поддается аналитическому исследованию. Поэтому мы будем считать поле накачки заданным. Такое приближение достаточно хорошо соответствует (по крайней мере на начальном этапе процесса рассеяния) экспериментально реализуемым условиям, когда интенсивный луч лазера падает на плоскую границу г = 0) нелинейной среды — кристалла, жидкости или газа. [c.175]

Наряду с традиционными лазерами, основанными на процессах вынужденного излучения в активных средах, были созданы оптические генераторы, основанные на различного рода нелинейных эффектах. Так, уже в самом начале развития квантовой электроники С.А. Ахманов и Р.В. Хохлов предложили параметри юские лазеры, которые позволяют плавно перестраивать частоту излучения генерации в широком спектральном диапазоне. Вслед за этим были созданы лазеры на процессах вынужденного рассеяния света (комбинационного, Мандельштама — Бриллюэна, рэлеевского). [c.6]

Параметрическая генерация света является одним из частных случаев плавного нелинейно-оптического преобразования спектра вынужденного излучения путем его вторичной генерации в резонаторе, содержащем соответствующую нелинейную среду [115—119]. К числу наиболее распространенных систем такого типа относятся комбинационные лазеры. Они генерируют излучение с частотами Vr = Vн + йvкoл, где v — частота излучения накачки Укол — частоты собственных колебаний среды, на которых происходит комбинационное рассеяние света k — целое число. [c.246]

К указанным методам, которые уже находятся в различных стадиях технической реализации, относятся дистанционный анализ атомного состава вещества аэрозолей и некоторых метеопараметров на основе собственного электромагнитного и акустического излучения плазмы низкопорогового оптического пробоя приземной атмосферы диагностика спектров размеров частиц водного аэрозоля по эффекту нелинейного комбинационного рассеяния излучения на собственных частотах резонансных колебаний формы частиц, возбуждаемых импульсно-периодическим лазерным излучением высокочувствительный гомодинный (гетеродинный) прием слабых ИК-сигналов и газоанализ малых атмосферных примесей с использованием эффектов нелинейного взаимодействия опорного и отраженного излучений в резонаторе лазера. [c.234]

Среди других задач, не затронутых в гл. 3—5, следует указать на задачи, связанные с исследованием нелинейных явлений в оптических резонаторах. Первоочередный интерес они пpeд taвляют в связи с исследованием процессов в параметрических генераторах света, комбинационных лазерах, резонаторных умножителях частоты. Некоторые результаты, относящиеся к указанному кругу вопросов, можно найти в [41, 48—50], однако в целом теория таких процессов еще далека от завершения. [c.26]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...