Параметрическое рассеяние света

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА [c.410]

Эффект параметрического рассеяния света имеет две основные особенности, резко отличающие его от других видов рассеяния. Во-первых, спектр рассеянного света при параметрическом рассеянии занимает почти сплошной интервал от радиочастот до частоты падающего света (накачки) соц и, во-вторых, свет с данной частотой oj излучается веществом по образующим конуса (рис. 18.11). Обычно этот конус имеет угол при вершине порядка нескольких градусов. Он зависит от дисперсии показателя преломления п (со) согласно следующему уравнению [c.410]

Описанное явление, обнаруженное в 1967 г., называется параметрической люминесценцией или спонтанным трехфотонным параметрическим рассеянием света. [c.852]

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]

Параметрическое рассеяние света. Пусть когерентная световая волна волна накачки), имеющая частоту со и вол- [c.235]

Общие замечания. Параметрическая генерация света (как и параметрическое рассеяние света) в первом порядке описывается когерентными трехфотонными процессами при рассмотрении этих процессов следует использовать оператор взаимодействия hi в третьем приближении метода возмущений. Предположим, что рассматривается процесс, [c.280]

ГИЯ между поляризацией среды и рассеянием света. В рамках этой аналогии эффект связи волп рассматривается как параметрическое рассеяние света или параметрическая люминесценция [c.158]

Параметрические рассеяние света 15К [c.275]

Эффект когерентного антистоксового рассеяния света (КАРС). Эффект заключается в параметрическом усилении сигнала комбинационного рассеяния пробной волны в антистоксовой области. В простейшем случае, когда одна волна накачки (Oi [c.223]

Непрерывное излучение гелий-кадмиевого лазера на длине волны 325 нм направлялось на вход интерферометра, в оба плеча которого помещается нелинейный кристалл йодата лития. В этом кристалле происходило спонтанное параметрическое рассеяние (СПР) света, благодаря чему в обоих плечах после кристалла распространялось двухфотонное излучение в состоянии 2,0), в то время как излучение лазера (накачка) отсекалось фильтром. В одном из плеч интерферометра [c.191]

Распространение света может происходить как благодаря параметрическому рассеянию, так и вследствие рассеяния на различных квазичастицах среды (например, фононах), возбуждаемых при вынужденных процессах. При этом, правда, не все влетающие и вылетающие фотоны имеют одну и ту же частоту, но различия в частотах могут быть очень малыми и поэтому не разрешаться при наблюдении. Эти последние процессы рассеяния идентичны элементарным актам в активной спектроскопии (см. п. 3.161). [c.483]

Параметрическое рассеяние дает уникальную возможность изготовления двухфотонных состояний поля и, кроме того, отличается рядом других интересных особенностей. Спектр рассеянного света почти сплошной от радиочастот до частоты накачки. Излучение происходит не независимо отдельными атомами, а когерентно всем образцом, что приводит к довольно резкой направленности излучения вперед, вдоль луча накачки. Фотоны одной пары разлетаются под определенными малыми углами друг к [c.9]

С точки зрения прикладной нелинейной оптики эффект параметрического рассеяния является источником шумов, ограничивающих чувствительность параметрических усилителей и преобразователей частоты света и предельную стабильность параметрических генераторов света. Однако квантовые шумы могут, в принципе, найти полезное применение в метрологии света, стать основой квантовой фотометрии . Параметрический преобразователь частоты является одновременно абсолютным (не требующим калибровки) измерителем яркости света. Кроме того, одновременность и направленность вылета фотонов в парах при параметрическом рассеянии позволяет осуществить эталонный генератор фотонов, излучающий известное число фотонов. [c.10]

Многофотонные явления. Выше мы рассмотрели лишь некоторые нелинейные оптические явления, обусловленные соответствую-ш,ими нелинейными коэффициентами восприимчивостей. Однако этим не исчерпываются явления, к которым приводят коэффициенты разложения х и т. д. В частности, нелинейная поляризуемость первого порядка приводит к трехфотонному, — к четырехфотонному параметрическим рассеяниям света, и — к эфг11екту параметрического усиления света и т. д. Нелинейные восприимчивости более высоких порядков тоже приводят к соот-ветствуюш,им нелинейным эффектам. [c.394]

Параметрическое рассеяние света имеет еще одну особенность — оно наблюдается лишь в кристаллах, не имеющих центра симметрии (пьезокристаллы). Это связано с тем, что трехфотонные (один падаю-щи11 и два рассеянных) взаимодействия описываются нелинейной восприимчивостью третьего порядка, а восприимчивости нечетных порядков равны нулю в центросимметричных средах. Однако в центросимметричных средах (к которым относятся и жидкости) наблюдается четырехфотонное параметрическое рассеяние , при котором два фотона накачки превращаются в пару фотонов с другими частотами и направлениями распространения [c.412]

Процесс на рис. 9.7, б параметрическое рассеяние света — преобразование излучения с частотой со в излучение с частотами oi и соа=(о—соь при определенных условиях этот процесс превращается в процесс параметрической генерации света (см. 9.4) переходы в поле излучения — уничтожается фотон с энергией Аш, рождаются два фотона с энергиями A oi и Й(й2. Согласно условию сохранения энергии, [c.226]

Рассматриваемое явление называют параметрическим рассеянием света (или, менее удачно, параметрической люминесценцией). Световые волны, возникающие при параметрическом рассеянии, распространяются под некоторыми углами к направлению распространения волны накачки, определяемыми условием синхронизма (9.4.8). На рис. 9.12 эти углы обозначены как ф1 (для волны частоты и Ф2 (для частоты oj)- Если смотреть навстречу синему лазерному лучу, проходящему сквозь нелинейный кристалл ниоба- [c.236]

Однако, некоторые оптические явления трудно или невозможно трактовать с помощью классических представлений, и последовательная теория должна описывать и атомы, и свет, исходя из принципов квантовой механики. Кроме того, наглядные фотонные представления очень удобны для качественного описания и классификации многих оптических эффектов. Например, эффект удвоения или сложения частоты света при его распространении через прозрачный кристалл можно считать результатом множества элементарных процессов, в каждом из которых два фотона падающего света сливаются в один фотон с суммарной энергией и частотой. Возможен, очевидно, и обратный процесс распада падающего на кристалл фотона на пару фотонов с меньшими энергиями. Такие процессы объясняют явление параметрического рассеяния света. При комбинационном рассеянии (эффект Рамана) падающий фотон превращается в фотон с меньшей частотой, называемой стоксовым, и в квант возбуждения вещества (например, фонон в случае колебательного возбуждения). Кроме того, фотон падающего света может объединиться с тепловым фононом и превратиться в антистоксов фотон с большей частотой. При двухфотонном поглощении два фотона падающего света превращаются в возбужденное состояние атома, молекулы или кристалла. Обратно, возбужденный атом может перейти в основное состояние, излучив пару фотонов. [c.8]

В то же время флуктуации вакуума , а точнее дисперсия напряженности поля в состоянии с минимальной энергией (см. следующий параграф), является реально наблюдаемой величиной, ответственной, например, за параметрическое рассеяние света. В следующем параграфе будет показано, что в состоянии вакуума отличны от нуля лишь антинормально — упорядоченные моменты <аа+> = 1. Отсюда с помощью (14) находим квадрат поля, при- ходящегося на одну моду П)У = с . Таким образом, коэффициенты С 1 имеют смысл амплитуд нулевых флуктуаций электрического или магнитного поля одной моды. [c.88]

Наиболее изучены и теоретически, и экспериментально выну/К-денные эффекты, не требующие для расчета квантования поля. Однако фотонные представления очень наглядны, и трактовка нелинейных эффектов, связанных с изменением частотного спектра поля, с помощью элементарных многофотонных процессов получила широкое распространение. С другой стороны, спонтанные нелинейные эффекты типа многофотонного излучения последовательно описываются лишь квантовой теорией поля и вещества. Некоторые смешанные спонтанно-вынужденные эффекты, наблюдаемые при участии падающего поля — накачки (например, параметрическое рассеяние света — см, гл. 6), удается достаточно полно отразить феноменологической полуквантовой теорией, в которой переменные вещества исключены с помощью нелинейных восприимчивостей. [c.149]

Некоторые анизотропные кристаллы, облучаемые светом с длиной волны переизлучают свет с большими длинами волн (т. е. с мепыпими частотами). Например, кристалл ниобата лития, освещенный аргоновым лазером (Хо 5000 А), светится зеленым, желтым н красным светом в шггервале длин воли 5500—7500 А ji, кроме того, излучает инфракрасные волны (А,2 = 15 ООО—40 ООО А). Подобное рассеяние света называется параметрическим рассеянием или параметрической люминесценцией. Параметрическая люминесценция прекращается сразу же (через несколько периодов световых колебаний) после выключения источника возбуждения — лазера, поэтому правильнее использовать термин параметрическое рассеяние . [c.410]

Эффект трехфотопного рассеяния является заметным в буквальном смысле слова при мощности падающего синего света около 0,1 Вт зелеио-желто-красное свечение кристалла пиобата лития легко видио невооруженным глазом. Зеленому свечению в даггном случае соответствуют холостые частоты, лежащие в инфракрасном диапазоне. По мере приближения к нормальным частотам решетки кристалла эффект параметрического рассеяния непрерывно переходит в обычное комбинационное рассеяние. [c.411]

Параметрический генератор света. Поместив нелинейный кристалл в оптической резонатор, можно превратить параметрическое рассеяние в параметрическую генерацию света. Будем рассматривать скалярный синхронизм — когда волновые векторы (как волны накачки, так и обеих иереизлученных световых волн) направлены вдоль одной прямой эта прямая есть ось резонатора. Ориентируем нелинейный кристалл внутри резонатора таким образом, чтобы направление синхронизма для некоторой конкретной пары частот odj и — oj совпадало с осью резонатора, и введем в резонатор вдоль его оси интенсивную когерентную световую волну накачки частоты ш. Для выполнения условия синхронизма надо позаботиться о поляризации волны накачки. Возможна ситуация, когда волна накачки и одна из переизлученных волн — необыкновенные, а другая переизлученная волна — обыкновенная. [c.236]

Диапазон воли, излучаемых К. г., ограничен радио-диапазоном со стороны длинных радиоволн и диапазоном мягкого рентг. излучения с коротковолновой стороны. Для получения более коротковолнового когерентного излучения К. г. оптич. диапазона снабжают умножителями частоты (си. Нелинейная оптика, Параметрический генератор света). Наряду С К. г., излучающими фиксированные частоты, определяемыми узкими энергетич. уровнями микрочастиц, созданы К. г., излучение к-рых может перестраиваться по частоте (лазеры, на красителях, на F-центрах и др.). Особым классом К. г. являются лазеры на вынужденных рассеяниях разл. типов (см., напр., Ко.кбина-ционный лазер) И др. К. Г.— преобразователи, в к-рых применяются разл. нелинейные эффекты, возникающие при большой илотности излучения первичных К. г. [c.330]

Рассмотрим применение М.— Р. с. для наиб, часто встречающегося трёхчастотного взаимодействия (см. Взаимодействие световых волн, Взаимодействие волн в плазме. Параметрическая генерация и усиление электромагнитных колебаний, Параметрический генератор света. Параметрическое рассеяние). Если, напр., выполняется соотношение Юн — Юс = Юр (Юр — разностная частота), то в соответствии с (1), (2) [c.223]

Рис. 2. Параметрическое рассеяние при распространении света в пьезокристаллах фотоны распадаются на пары фотонов с меньшими пнергиями и частотой, зависящей от направленпя распростране1 11к.

С точки зрения многих практических приложений — удвоения частоты, создания параметрических генераторов света и т. п.— наибольший интерес представляют взаимодействия волн на быстрой электронной нелинейности. Для спектроскопии, напротив, интересны волновые взаимодействия с участием атомных или молекулярных резонансов. Хотя вопросы нелинейной спектроскопии выходят за рамки настояш,ей книги, в 3.7 мы обсуждаем один из ее вариантов — когерентную спектроскопию комбинационного рассеяния, где нестацио-нарность нелинейного отклика среды используется в полной мере. [c.112]

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]

Тонкая структура линии рэлеевского рассеяния содержит дискретные линии, обусловленные рассеянием на тепловых волнах (рассеяние Мандельштама-Бриллюэна), расположенные симметрично относительно несмещенной компоненты. Рассеяние с изменением частоты связано с тем, что диэлектрическая восприимчивость х (э. также диэлектрическая проницаемость в = 1 + х) изменяется во времени вследствие тепловых акустических волн в веществе, характерная частота этих изменений равна г/д = и/2а, где и и а — скорость звука и постоянная решетки. Модуляция свойств среды приводит к появлению суммарной и разностной частот рассеянного света г/ г/д. Рассеяние с появлением спектральных компонент, смещенных по частоте относительно исходного излучения, является параметрическим процессом. Вероятность появления одного рассеянного фотона при облучении одной частицы (молекулы или атома) пропорциональна плотности потока квантов в пучке падающего света, но коэффициент пропорциональности (сечение рассеяния а) составляет по порядку величины всего лишь 10 ° см /ср. Отсюда получаем, что отношение интенсивности рассеянного света к интенсивности падающего /о составляет /5 / /о = = Аттапк, где п 10 см — концентрация атомов, к — толщина слоя. При прохождении светом расстояния 1 см в однородном прозрачном твердом теле рассеивается в полный телесный угол (4тг стерадиан) примерно 1з/1о 10 падающей интенсивности. [c.50]

Эффект связи воли в ислипейиой среде нашел широкое применение в практике. Две наиболее важные области применения — это параметрические генераторы когерентного излучения с плавно изменяемой частотой [4—7] и активная спектрпскопия рассеянного света [3], в первую очередь метод когерентной антистоксовой спектроскопии (метод КАРС ARS-спектроскопия) [3]. [c.156]

Развитие лазерной техники дало возможность значительно расширить круг используемых в задачах лазерного зондирования влажности атмосферы лазеров. Это в первую очередь лазеры на красителях. С помощью таких лазеров, перестраивающихся в области полосы поглощения водяным паром 0,72 мкм [24, 27], были проведены успешные измерения влажности во всей толще тропосферы. Все более широкое использование приобретает перестраиваемый в диапазоне 0,72... 0,78 мкм лазер на основе кристалла александрит [26]. Самые широкие перспективы для лазерного зондирования влажности атмосферы открываются при использовании лазера на кристалле сапфир с титаном, обладающего уникальными возможностями непрерывной перестройки длины волны излучения в необычайно широком спектральном диапазоне, от 650 до 1150 нм. В районе 1,77 мкм проводилось зондирование водяного пара с помощью параметрического генератора света (ПГС) на основе ниобата лития [34] и перестраиваемого лазера на кристалле Со Mgp2 [53]. В среднем ИК-диапазоне спектра первые измерения профилей влажности проводились вдоль горизонтальной трассы с помощью импульсного СОг-лазера [63] с ис пользованием дискретной перестройки длины волны излучения на линиях Р(12), Р(18) и Р(20) в 10-мкм полосе излучения. Малая эффективность обратного рассеяния в этой области спектра естественно снижает диетанционность зондирования при прямом детектировании лидарных сигналов. Даже при энергии в импульсе 1 Дж в этих измерениях профиль влажности устойчиво восстанавливался на расстояниях не более 1 км. Однако в этой области спектра последние годы активно развиваются чувствительные методы когерентного (гетеродинного либо гомодинного) приема лидарных сигналов. Они значительно повышают потенциал лидара даже при умеренных энергиях лазерного передатчика. Первые сообщения об измерениях профилей влажности с помощью когерентного лидара на основе гетеродинного СОг-лазера приведены в [40]. [c.191]

Кроме явлений параметрического рассеяния и двухфотонного распада, наблюдавшихся уже в лазерную эпоху оптики, бифотоны должны излучаться также и при давно известном спонтанном комбинационном рассеянии света. Как будет показано в этой книге, антистоксовы фотоны при низких температурах рассеивающего вещества излучаются лишь в паре со стоксовыми. К этому эффекту непосредственно примыкает четырехфотонное или гиперпараметрическое рассеяние, оптичающееся от трехфотонного параметрического рассеяния участием в элементарном акте двух фотонов накачки. Мы рассмотрим также некоторые особенности эффекта рассеяния света на поляритонах, занимающего промежуточное положение между параметрическим рассеянием и комбинационным рассеянием на колебаниях ионов в решетке кристалла. Эти колебания сопровождаются колебаниями электромагнитного поля внутри кристалла. Поляритон — это квант макроскопического (усредненного) поля, т. е. фотон в среде, и поэтому рассеяние света на поляритонах, а также трех- и четырехфотонное параметрическое рассеяние, естественно называть рассеянием света на свете в веществе (последнее дополнение отличает его от рассеяния света на свете в вакууме — чрезвычайно слабом и еще не наблюдавшемся эффекте релятивистской квантовой электродинамики). [c.9]

Рассматриваемые в книге эффекты заслуживают изучения не только в качестве неких экзотических проявлений квантового характера света и нелинейности вещества. Они ун е нашли 4)яд полезных применений. Параметрическое рассеяние является о но-вой нового спектроскопического метода измерения линейных и нелинейных оптических параметров кристаллов. При мощной импульсной накачке оно переходит в достаточно интенсивную параметрическую сверхлюминесценцию, которая служит источником плавно перестраиваемых по частоте коротких (до 10 с) импульсов света. Заметим, что интенсивность спонтанного трехфотонного параметрического рассеяния пропорциональна интенсивности накачки, и поэтому ее наблюдение возможно и с помощью нелазерных источников накачки, в отличие от четырехфотонного рассеяния, пропорционального квадрату накачки, и от параметрической сверхлюминесценции, по определению зависящей от накачки сверхлинейно (экспоненциально). [c.10]

В настоящей книге делается попытка (по-видимому, первая) систематического описания перечисленных выше и некоторых близких к ним эффектов. Иначе книгу можно было бы назвать Введение в квантовую нелинейную оптику . Надо сказать, что в известных монографиях по квантовой оптике [1—4] основное внимание уделяется статистике свободного поля без учета нелинейности вещества, приводящей к корреляции разночастотных компонент поля. При рассмотрении статистики лазерного излучения [4—6] учитывается только один из нелинейных эффектов — эффект насыщения, стабилизирующий амплитуду колебаний. Краткое описание параметрического рассеяния имеется лишь в книге Ахманова и Чиркина [7], посвященной в основном преобразованию статистики света за счет вынужденных нелинейных эффектов. [c.11]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...