Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 9.40. Зависимость показателя преломления кристаллов LiNbOj от соотношения (Li20/Nb205) в расплаве:
1 - по’, 2 - гг*
Тт°С
8 - 368
Рис. 9.41. Зависимость температуры 90-градусного (некритического) синхронизма от состава расплава в кристаллах LiNbCh для X, = 1,06 мкм [83]
225
В отличие от скалярного синхронизма, угол которого задан условием | к° (го) | +1 к° (та) | = | к' (2го) |,
векторный синхронизм может давать излучение в интервале углов от +0т до -0т. При векторном синхронизме взаимодействуют два луча с различными направлениями волновых векторов. Если падающие волны (волны накачки) имеют широкий набор волновых векторов, то условие векторного синхронизма реализуется для множества лучей, дающих конус излучения второй гармоники (рис. 9.42).
Реально наблюдаемая картина представляет собой совокупность лучей по образующей конуса. Это объясняется тем, что наибольшую интенсивность имеют лучи, которые возникают при взаимодействии центрального, имеющего большую интенсивность, луча с рассеянными лучами. Результат взаимодействия рассеянных лучей практически не заметен из-за малой интенсивности рассеянных лучей. Как следует из рис. 9.42, луч основной
частоты, направленный по О А (а- угол между Х| и ОА), пересекает поверхность к0 (со) в точке В. Проведя из точки В окружность радиусом к0 (ю), получим точки С и D - пересечения этой окружности с
сечением kt (ю) плоскостью х2 = 0. Направления ОС и OD являются направлениями векторного (оо-е) синхронизма, так как
ОВ + ВС = ОС и OB + BD = OD.
Векторы ОС и OD имеют углы cti и 012 с осью *i (оц * аг, если
О А не совпадает с Xi).
В объеме поверхность волновых векторов кс (2ю) является эллипсоидом вращения, а вокруг точки В строится сфера радиусом к0 (со).
Излучение второй гармоники (ВГ) образует конус с вершиной, расположенной на входной, рассеивающей свет поверхности кристалла. На экране, расположенном за кристаллом, наблюдается светлое кольцо, являющееся результатом сечения конуса ВГ плоскостью экрана. Внутри кольца находится светлая точка, которая возникает в 226
Рис. 9.42. Схема построения направлений излучения второй гармоники для векторного (оо-е) синхронизма в оптически отрицательном кристалле. Сечение поверхностей волновых векторов
результате несинхронного преобразования основного луча в излучение ВГ. Положение точки определяется углом падения основного излучения на кристалл, а форма кольца представляет собой овалоид, описываемый уравнением четвертого порядка. Этот овалоид можно представить как эллипс, при этом ошибка не превосходит 0,5 %. В частном случае при распространении основного излучения по нормали к оптической оси кристалла кольцо излучения ВГ можно апроксими-ровать окружностью. Светлая точка в этом случае располагается в центре кольца. В случае поворота кристалла в плоскости х2 = 0 вокруг оси jci при том, что направление основного луча остается нормальным оптической оси, радиус кольца излучения ВГ уменьшается, а светлая точка смещается из центра кольца. Если оптическая ось кристалла не лежит в плоскости поворота, на экране наблюдается овал со смещенной светлой точкой. Наклон оси овала равен наклону оптической оси кристалла относительно плоскости поворота.
Для характеристики условий векторного (оо-е) синхронизма можно использовать угол ср = aj + а2 конуса излучения ВГ. Определение ср наиболее удобно проводить при падении основного излучения по нормали к оптической оси кристалла. Измеряются расстояния между светлой точкой и кольцом г, и г2, а размер кольца оценивается как г = (г, + г2)12. Кроме того, можно измерять расстояние светлой точки от центра кольца d = (г\- г2)12. Величины г и d связаны зависимостью (r/R)2 + (d/D)2 = 1, где R - максимальный радиус кольца излучения ВГ. Величина D неизвестна, и ее можно определить из пары измерений г и d, проведенных при различных углах <р. Исключив таким образом D, рассчитав R и зная базу измерения L, можно определить ср как ср = arctg (RJL).
Для того чтобы использовать величину ср при определении стехиометрии ниобата лития, необходимо знать связь ср с какой-либо характеристикой кристалла ниобата лития, зависимость которой от стехиометрии кристалла достаточно надежно установлена. В качестве такой базовой характеристики был- избран параметр решепси (см. рис. 9.38). С использованием кристаллов, имеющих различную стехиометрию, измерены зависимости от параметра решетки величин углов скалярного синхронизма (рис. 9.43) и угла ср (рис. 9.44). Зависимость, показанную на рис. 9.44, можно использовать для определения Li : Nb с помощью измерения векторного синхронизма. Эти измерения отличаются простотой, так как не требуют вращения кристалла и могут быть легко автоматизированы с использованием фотоматрицы для регистрации светлого кольца и обработкой изображения кольца на ЭВМ. С использованием этих методов показано, что конгруэнтный состав находится в интервале 48,35...48,40 % (мол.) Li20.
8'
227
%ерад
Рис. 9.43. Зависимость внешнего угла скалярного (оо-е) синхронизма от параметра решетки с для кристаллов ииобата лития:
