Механизмы оптической нелинейности

Рассмотрены наиболее существенные механизмы оптической нелинейности, обусловленные воздействием интенсивного света как непосредственно на поляризацию среды, так и опосредованно — через тепловое и пондеромоторное действие излучения на газы и частицы аэрозолей в канале пучка. [c.5]

Механизмы оптической нелинейности аэрозолей [c.30]

С точки зрения общности механизмов оптической нелинейности естественных аэрозольных образований последние можно условно разделить на три типа 1) водные туманы, облака, осадки и дымки [c.132]

Механизмы оптической нелинейности [c.276]

Перечисленные механизмы различаются величинами и характерными временами установления нелинейного отклика т ,, которые представляют первоочередной интерес с точки зрения рассматриваемых в этой книге проблем. В условиях, когда нелинейный отклик мал в сравнении с линейным и оптические нелинейности хорошо описываются разложением поляризации в ряд по степеням поля, [c.68]

Выше на примере простой классической модели было показано, что нелинейные восприимчивости появляются за счет ангармонических членов в потенциальной энергии оптического электрона. Электронный механизм возникновения нелинейности преобладает в твердых телах. Но зависимость оптических характеристик среды от интенсивности световой волны может быть обусловлена не только влиянием поля волны на поляризуемость молекулы (ее внутренние степени свободы), но и воздействием на концентрацию и ориентацию молекул, т. е. на внешние степени свободы. Эти факторы играют главную роль в жидкостях. [c.484]

Феноменологическое материальное уравнение (10.5) учитывает все возможные механизмы возникновения нелинейных восприимчивостей. Однако следует иметь в виду, что оно справедливо только в установившемся режиме, т. е. не описывает переходных процессов. В то же время разные причины зависимости оптических характеристик среды от интенсивности обладают разной степенью инерционности. При электрострикции время установления стационарного распределения плотности по порядку величины равно отношению размера а поперечного сечения светового пучка к скорости Узв [c.484]

Эффект обращения волнового фронта, как и голография, уточняет наши представления о необратимых и обратимых оптических явлениях. Информация о первоначальной структуре когерентного светового пучка не теряется при его прохождении через непоглощающую матовую пластинку. Механизм вынужденного рассеяния обращает искаженный волновой фронт с сохранением этой информации. При прохождении в обратном направлении через ту же пластинку все внесенные ею искажения волнового фронта полностью компенсируются и пучок восстанавливает свою структуру, т. е. возвращается в исходное состояние, но обращенное во времени. Конечно, абсолютная обратимость здесь все же не достигается как в отношении мощности, так и в отношении частоты, которая получает небольшой сдвиг из-за затраты энергии на-возбуждение упругих волн в нелинейной среде. [c.501]

В заключение данного рассмотрения отметим, что в процессе работы мощного твердотельного лазера имеет место зависимость величины оптической силы ТЛ АЭ [ИЗ] или ТЛ какого-либо другого внутрирезонаторного элемента, например нелинейного [114], от мощности генерации. Этот эффект может быть связан как с поглощением доли мощности генерируемого излучения в элементе, так и с изменением теплового режима работы АЭ при наличии генерации. Подобные эффекты приводят к тому, что параметры резонатора, определяющие мощность генерации, сами начинают зависеть от последней. Такое самовоздействие может довольно сильно влиять, в силу высокой чувствительности резонатора одномодового лазера к термооптическим искажениям элементов, на параметры выходного излучения. Приводить к эффектам гистерезисного типа в зависимости выходных параметров излучения лазера от мощности накачки [114, 115]. При этом следует подчеркнуть, что и в этом случае использование схем с динамической стабильностью дает ослабление действия подобных механизмов. [c.226]

В разд. 8.19.1 мы показали, что в режиме с аномальной дисперсией уширение импульса, вызванное хроматической дисперсией, может быть скомпенсировано соответствующей наведенной нелинейностью когда устанавливается точный баланс между этими механизмами, огибающая оптического импульса, как можно показать, принимает форму солитона [34], который распространяется без искажений. Указанное свойство подтверждается наличием у уравнения (8.19.20) точного решения вида [c.629]

В случае чисто дисперсионной оптической бистабильности действует совсем иной механизм. В пустом резонаторе пропускание низкое из-за того, что частота пустого резонатора со отстроена от частоты падающего света соо. Если атомная расстройка и расстройка резонатора одного знака, то при возрастании поля падающего света нелинейный показатель преломления изменяет эффективную оптическую длину резонатора в сторону резонанса. В результате увеличивается внутреннее поле, которое еще сильнее сдвигает эффективную частоту резонатора со = со —(X) к частоте падающего поля, и так происходит до тех пор, пока не будет достигнут резонанс, так что /т- 55 /у. Если же система находится на ветви с большим пропусканием и интенсивность падающего света уменьшается, то внутреннее поле уже является достаточно сильным для поддержания резонанса, что опять дает гистерезис. [c.247]

Рассмотренные в разделах 2.4-2.5 процессы стохастизации излучения непосредственным образом обусловлены случайным распределением неоднородностей среды или неровностей отражающих поверхностей. Существует, однако, принципиально иной механизм стохастизации изначально регулярных световых пучков, который может проявляться даже в средах с регулярным изменением показателя преломления. Этот механизм представляет собой частный (оптический) случай физического сценария перехода к динамическому хаосу детерминированных нелинейных систем. [c.117]

Рассмотрим теперь вопрос о причинах и физическом механизме формирования вихревых лазерных полей. Оптико-физические процессы, вызывающие появление оптических вихрей весьма разнообразны. Излучение с вихревой структурой может при определенных условиях формироваться в результате интерференции лазерных пучков с исходно регулярным волновым фронтом, при их прохождении через сл) айно-неоднородные и нелинейные среды, а также через волоконные многомодовые световоды или специальным образом изготовленные голограммы. Кроме того, возможно возбуждение вихревых полей непосредственно в лазерах. Мы ограничимся более подробным [c.126]

К настоящему времени физические механизмы ослабления оптического излучения с интенсивностью, недостаточной для появления нелинейных спектроскопических эффектов, изучены достаточно детально. Это создало основу для разработки многочисленных ме-тодов расчета функций пропускания [19, 14, 13, 18, 12], которые можно разделить на четыре группы [c.211]

Экспериментальные и теоретические исследования идут по двум основным направлениям. С одной стороны возросшие технические возможности позволяют исследо вать те стороны явления и те детали его механизма которые ранее были недоступны наблюдению. Получе ние небывало мощных световых потоков, например позволяет изучать нелинейные оптические явления [c.13]

Выявлены новые физические механизмы, например нелинейное взаимодействие ПАВ в пьезодиэлектриках со вторичными электронами, существенно превосходящее нелинейность в слоистой системе пьезоэлектрик — полупроводник. Использование этого же типа взаимодействия позволило осуществить визуализацию процесса свертки, открыв перспективу создания нового класса приборов на ПАВ с оптическим выходом. Показана также возможность низкопорогового параметрического возбуждения звука СВЧ-диапазона в непьезоэлектрических твердых телах, основанного на электрострикционной нелинейности некоторых диэлектриков, что создает условия для дальнейшей микроминиатюризации электронных устройств и дополнительно подчеркивает целесообразность расширения работ в области электрострикционных материалов, рассмотренных в 5.5. [c.154]

Как правило, для всех механизмов поляризации, кроме оптической и переполяризации сегнетоэлектрических доменов, коэффициенты б1 и б2 в выражениях (6.9) и (6.10) отрицательны, т. е. в сильных электрических полях диэлектрическая проницаемость уменьшается и поэтому N<<0. Оптическая нелинейность, при которой имеет место рост е( ), рассмотрена в гл. 7. Ниже описывается доменная нелинейность сегнетоэлектриков. [c.187]

Физические механизмы, обусловливающие нелинейность объемных коэффициентов ао и в случае водного аэрозоля связаны с регулярным поверхностным испарением или фрагментацией частиц в зависимости от режима их радиационного нагрева. Для аэрозоля с твердой фракцией частиц характер их разрушения и изменения оптических сечений весьма многообразен и определяется как энергетикой излучения, так и физико-химическими свойствами вещества частиц. К отмеченным механизмам нелинейности относятся инициирование термо- и массоореолов при импульсном нагреве, испарении, термической диссоциации и горении частиц возникновение очагов ионизации и оптического пробоя. Результаты исследований указанных эффектов детально рассмотрены в главах 4 и 5. На основании этих результатов выполнены теоретические расчеты [26, 49] параметров нелинейных искажений эхо-сигналов. [c.190]

ЛУЧЕВАЯ ПРбЧНОСТЬ — способность среды или элемента силовой оптики сопротивляться необратимому изменению оптич. параметров и сохранять свою целостность при воздействии мощного оптич. излучении (папр., излучения лазера). Л. п. при многократном воздействии часто наз. лучевой стойкостью. Л. п. определяет верх, значение предела работоспособности элемента силовой оптики. Понятие Л. п. возникло одновременно с появлением мощных твердотельных лазеров, фокусировка излучения к-рых в объём или на поверхность среды приводила к её оптическому пробою. Л. п. численно характеризуется порогом разрушения (порогом пробоя) q — плотностью потока оптич. излучения, начиная с к-рой в объёме вещества или на его поверхности наступают необратимые изменения в результате выделения энергии за счёт линейного (остаточного) или нелинейного поглощения светового потока, обусловленного много-фотонным поглощением, ударной ионизацией или возникновением тепловой неустойчивости. Первые два механизма реализуются в прозрачных средах, лишённых любого вида поглощающих неоднородностей, а также при микронных размерах фокальных пятен или предельно малых длительностях импульсов излучения. При этом Л. п. достигает очень больших значений 10 Вт/см . При значит, размерах облучаемой области оптич. пробой обусловлен тепловой неустойчивостью среды, содержащей линейно или нелинейно поглощающие неоднородности (ПН) субмикропных размеров. Рост поглощения в окружающей микронеоднородность матрице связан с её нагревом ПН. При этом в материалах с малой шириной запрещённой зоны увеличивается концентрация свободных электронов, а в широкозонных диэлектриках происходит тер-мич. разложение вещества. <7 11, [c.615]

Нелинейный отклик сйеЙодных и связанных оптич. электронов — универсальная, но не единственная причина возникновения нелинейных оптич. явлений. Существенными оказываются нелинейные колебания многоатомных молекул и кристаллич. решётки, возбуждение светом явлений дрейфа, диффузии зарядов в кристаллах (фоторефрактивный эффект), индуцированная световой волной ориентация анизотропных молекул в жидкостях и жидких кристаллах (оптический Керра зффект), электрострикция, разл. тепловые эффекты и т. п. Перечисленные механизмы приводят к появлению оптич. нелинейностей, существенно различающихся по величине и времени установления нелинейного отклика Хил- Для наиб, быстрой нерезонансной электронной нелинейности Тдл 10 с , для инерционной тепловой нелинейности > 10 с. [c.295]

НОА может быть связана с лазерным нагревом оптически активной среды (тепловая НОА), с упорядочением ориентаций киральных (лево- и правоасимметричных) молекул в растворах под действием электрич. поля световой волны, с обратимой и необратимой деструкциями киральных структур в поле лазерного излучения. Особенный интерес для спектроскопии представляет исследование НОА, обусловленной электронными механизмами нелинейности, а именно нелокальностью нелинейного отклика среды (НОА-1) и анизотропией нелинейного поглощения (НОА-П). [c.305]

Поляризов. свет служит не только как зонд оптич. анизотропии среды, но и как возмущение, инициирующее анизотропию. Большивство такого рода эффектов относится к нелинейной оптике. Вне зависимости от механизма эффекта характер оптически индуцируемой анизотропии определяется типом П. с. Так, циркуляр-во поляризованный свет способен инициировать в среде циркулярную анизотропию и, в частности, вызвать появление аксиального вектора намагниченности (см., напр., Оптическая ориентация), а линейно поляризованный свет индуцирует линейную анизотропию (выстраивание, оптический Керра эффект), [c.67]

Генератор с линейным резонатором. Экспоненциальное усиление, обеспечиваемое активной средой с нелокальным механизмом нелинейности, позволяет осуществить генерацию в обычном дпя оптического диапазона открытом резонаторе, образованном парой параллельных друг другу плоских либо слабо сферических зеркал (рис. 4.6). Возникновение генерации приводит к появлению двух встречных волн в кристалле, которые по отношению к падающей извне волне могут рассматриваться как волны Накачки. В результате встречного четырехпучкового взаимодействия рождается четвертая волна, являющаяся обращенной по отношению к падающей. [c.134]

Полученное ослабление отражения носит скорее демонстрационный характер. Однако аналогичное ослабление должно происходить во всех схемах, у которых отражения от промежуточных оптических элементов схемы попадают в ту же область нелинейного элемента, где формируется пассивное обращающее зеркало. Такая ситуация реализуется, например, при формировании пассивного обращающего зеркала за счет полного внутреннего отражения пучков светоиндуцированного излучения (п. 4.2.3). По рассмотренному механизму заметно ослаблялось косое френелевское отражение от передней грани ретромодулятора на BaTiO [26]. Аналогичное ослабление на 5—10% отражения на заднем торце многомодового волокна зарегистрировано в [35]. [c.231]

Оптическая генерация с вырожденной либо квазивырожденной по частоте накачкой позволяет дополнить арсенал методов изучения нелинейных свойств хорошо известными методами лазерной спектроскопии. При этом сохраняются все основные возможности и преимущества известных методов (ориентация волнового вектора по любой из кристаллографических осей позволяетЪзучать анизотропию отклика управление поляризацией записывающего и считывающего излучения — изучать тензорные свойства нелинейности управление пространственным масштабом решетки — идентифицировать механизмы релаксации записываемой решетки и т.д.). С другой стороны, наличие порога генерации и достаточно резкие зависимости выходных характеристик лазерного излучения от надпоро-гового усиления дают удобный и точный метод определения пороговых усиления и потерь резонатора. [c.253]

Увеличение интереса к оптическим логическим схемам на основе ФРК, наблюдаемое в последнее время, связано с использованием нелинейных режимов энергообмена на динамических решетках. Отметим, что впервые нелинейный режим двухволнового взаимодействия в фоторефрактивном LiNbOg Fe для вычитания бинарных изображений был предложен в [9.147]. Хотя в данной работе был применен механизм нестационарного двухволнового энергообмена, для выполнения этой процедуры с успехом может использоваться также и стационарный энергообмен на смещенной фазовой решетке, подробно рассмотренный в разделе 6.2. [c.261]

Разрушения, возникающие в прозрачных твердых телах нод действием лазерного излучения, паибо.тее целесообразно разделить на разрушения, возникающие в идеально чистых средах, и разрушения, обусловленные примесями. В этих случаях различны механизмы, приводящие к разрушению. В чистой среде это оптический пробой, качественно аналогичный пробою в газе, обсуждавшемуся в лекции 16 в средах с при.месями — разрушения, связанные с нагревом примесей при поглощении излучения. Соответственно возникает разделение и но режимам генерации лазеров, и по определяющим характеристикам излучения с точки зрения их влияния на процессы, приводящие к разрушению. Пробой, являясь нелинейным эффектом, зависит от мотц-ности излучения, а нагрев нримесей — в основпом от энергии излучеиия. [c.216]

Основным физическим механизмом, определяющим значение п.2 в стеклах, является нелинейная электронная поляризуемость [107]. Она обусловлена оптически наведенной деформацией электронных оболочек атомов и имеет короткое характеристическое время установления порядка 10-1 с. Электронная поляризуемость вносит доминирующий вклад в общее значение п.2 стекол — 80—85 % для импульсов света короче 10- —10- с. Из других механизмов, при определенных условиях также вносящих вклад в значение Лг стекол, отметим электрострикцию, тепловую нелинейность, а также ориентационную (керровскую) и ядерную поляризуемости. Изменение 2 под действием электрострикции связано с изменением плотности среды под влиянием давления, возникающего в интенсивной световой волне и пропорционального Е . Скорость этих изменений определяется скоростью распространения звука в среде, т. е. временами порядка 10 —10 с для /л О, 1—1 см. [c.50]

Механизм нелинейности в полупроводниках связан с характером оптического возбуждения в материале. При поглощении квантов с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны, в полупроводнике образуются экситоны [10]. Свободный экситон представляет собой связанное состояние электрона и дырки (связь осуществляется посредством кулоновского взаимодейст- [c.57]

Исключительно важными являются исследования в направлении поиска оптических материалов с быстрыми и ярко выраженными механизмами нелинейностей. Целенаправленный подбор материалов с необходимыми свойствами дает возможность воспользоваться более удобными длинами волн, получить большее быстродействие и добиться работы приборов при повышенных температурах. Например, рост полупроводниковых многослойных квантоворазмерных структур с различными толщинами квантовых ям методом МЛЭ делает доступным экситонные резонансы на нужных длинах волн и энергиях связи протонная бомбардировка снижает время жизни носителей, тем самым увеличивая быстродействие устройств. Полупроводники, особенно GaAs, являются наиболее многообещающими средами для нелинейной оптической обработки информации. Однако для некоторых применений, таких как волноводные устройства, могут стать пригодными органические и фоторефрактивные материалы. [c.75]

В этой главе мы ввели нелинейную поляризацию и выразили ее через приложенные поля, которые предполагались заданными. Следующий логический шаг заключается в рассмотрении этой нелинейной поляризации как дополнительного источника полей. Этот второй шаг будет сделан в гл. 3. Читатель, не желающий прерывать изучение классической трактовки нелинейных оптических эффектов, может опустить следующую главу, в которой нелинейная восприимчивость рассчитывается квантовомеханически с целью дальнейшего выяснения атомного механизма нелинейности. В гл. 2 мы не будем ограничиваться рассмотрением чисто дипольного взаимодействия. В ней установлены некоторые общие соотношения, связывающие действительные и мнимые части нелинейных вооприимчивостей и основные квантовые процессы кратко обсуждаются также пределы применимости полу-класснческого рассмотрения полей. [c.55]

В работах [20—22], выполненных в последние годы, было теоретически, а затем и экспериментально доказано, что при эффективной генерации второй оптической гармоники в реальных пучках (например, имеющих гауссовский профиль в пространстве и во времени) имеется внутренний механизм ограничения эффективности оптического удвоителя, связанный с дифракционными эффектами при сильном энергообмене между волнами основной частоты и второй гармоники. В ряде случаев существенными могут быть и конкурирующие нелинейные эффекты (вынужденное рассеяние, оптический пробой, самовоздействие и др.) [22—24]. В результате оказывается принципиально невозмож-ньш получение 100%-ного энергетического к.п.д. при генерация [c.242]

Однако более важными являются нетепловые применения лазера на углекислом газе. Среди этих возможных применений — оптическая связь как на Земле, так и в космосе. В этом случае для передачи через земную атмосферу наиболее привлекательны оптические окна , прозрачные для волн с длиной от 9 до 14 микрон. Высокая мощность и эффективность лазеров на углекислом газе с длиной волны 10,6 микрон делает их идеальными кандидатами для таких целей. Лазер на углекислом газе является идеальным для оптических радарных систем снова из-за малых потерь в атмосфере. Другая возможность — использование лазера на углекислом газе для исследования оптических взаимодействий с веществом на длине волны 10,6 микрона, так как многие полупроводники, непрозрачные для видимой части спектра, прозрачны для этой длины волны. Еще одно применение мощного лазера на углекислом газе — использование 10,6-микронного излучения в качестве насоса для изучения нелинейных свойств новых материалов, которые могли бы служить для создания действительно непрерывно настраиваемых источников инфракрасного излучения. В связи с этим мои коллеги и я провели ряд интересных экспериментов, которые включают в себя генерацию вторых гармоник, параметрическое усиление излучения в далекой инфракрасной области, двухфотонпое получение пары электрон — дырка в полупроводниках, изучение нелинейностей в полупроводниках, возникающих благодаря электронам проводимости, и рамановского рассеяния в полупроводниках на электронах с уровня Ландау. Некоторые из этих механизмов оказались достаточно сильны для того, чтобы позволить нам создать настраиваемый лазерный вибратор в инфракрасной части спектра. Такой настраиваемый лазер, накачиваемый лазером на углекислом газе с фиксированной частотой, может использоваться как вибратор в системе оптической связи или в радаре. Более того, такие инфракрасные настраиваемые источники полностью революционизируют инфракрасную спектроскопию. Описание этих экспериментов может быть предметом особой статьи. В заключение достаточно сказать, что лазеры на углекислом газе уже открыли дорогу физическим исследованиям, о которых нельзя было раньше и мечтать, и обещают в будущем много плодотворных экспериментов. [c.73]

ЛУЧЕВАЯ ПРОЧНОСТЬ, способность твёрдой прозрачной среды сопротивляться необратимому изменению её оптич. параметров и сохранять свою целостность при воздействии мощного оптического излучения (напр., излучения лазера). Л. п, численно характеризуется плотностью мопщости потока оптич. излучения, начиная с к-рого в объёме в-ва или на его поверхности наступают необратимые изменения, обусловленные выделением энергии за счёт линейного (остаточного) или нелинейного поглощения светового потока. В реальных оптич. средах механизм нелинейного поглощения светового потока обычно связан с тепловой неустойчивостью, к-рая возникает благодаря наличию в объёме линейно или нелинейно поглощающих субмикрон-ных неоднородностей. Рост поглощения в окружающей микронеоднородность матрице связан с её нагревом неоднородностью. При этом в материалах с малой шириной запрещённой зоны увеличивается концентрация свободных эл-нов, а в широкозонных диэлектриках происходит термич. разложение в-ва. Распространяющаяся по в-ву волна поглощения, инициированная неоднородностью, приводит к быстрому росту размеров поглощающего дефекта до критич. величины, при к-рой возникают макроскопич. трещины. Тепловая неустойчивость реальных оптич. сред в широких световых пучках возникает при энергетич. освещённости в пределах 10 — 10 Вт/см для импульсов длительностью больше 10 с. С уменьшением длительности импульса Л. п. возрастает вследствие нестационарности нагрева неоднородностей. Л. п. резко [c.353]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...