Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света - Дмитриев В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Можно, например, плавно поворачивать кристалл внутри резонатора, изменяя тем самым угол между оптической осью кристалла и направлением пучка накачки (направлением оси резонатора). Если при данной ориентации кри-
5.2. Фазовый синхронизм. Перестроечные характеристики 283
сталла резонатор «выделяет» направление синхронизма для волн с частотами wH, ыс, шх (ын = <ос + <ох), то при иной ориентации окажется «выделенным» направление синхронизма для волн с иным набором частот: <он, а>'с, <0х, (юн — «с + <0х). Перестройка частот поворотом кристалла относительно пучка накачки называется угловой перестройкой.
Для перестройки частоты можно также менять температуру нелинейного кристалла (температурная перестройка). Это связано с тем, что при изменении температуры поверхности волновых векторов несколько изменяются; угол синхронизма зависит от температуры. Можно также использовать изменение оптической индикатрисы кристалла под воздействием внешнего электрического поля (электро-оптическая перестройка частоты). Наконец, можно перестраивать частоты генерации ПГС за счет изменения частоты волны накачки.
Итак, применяя различные нелинейные кристаллы и различные частоты накачки, изменяя ориентацию кристалла относительно пучка накачки, используя зависимость оптической индикатрисы кристалла от температуры и внешнего поля, можно, в принципе, осуществить с помощью ПГС перестройку частоты в широком диапазоне оптических частот.
5.2. ФАЗОВЫЙ СИНХРОНИЗМ ПРИ ТРЕХЧАСТОТНОМ ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ.
ПЕРЕСТРОЕЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Эффективное параметрическое взаимодействие трех световых волн в квадратично-нелинейной среде требует выполнения наряду с частотным соотношением (5.1.2) также условия фазового синхронизма (5.1.3). Итак,
Соотношения (5.2.1) могут быть выполнены в оптически анизотропных кристаллах при взаимодействии волн с различными поляризациями.
Виды фазового синхронизма в отрицательных одноосных кристаллах. Будем рассматривать одноосные отрицательные кристаллы. Для них, напоминаем, п0 > пе, где п0 и пе —
©1 + ®2 —
кх + к2 = к3.
(5.2.1а) (5.2.1.6)
284
Гл. 5. Параметрическая генерация света
главные значения показателя преломления. В рассматриваемых кристаллах возможны три вида синхронизма для трехчастотного параметрического взаимодействия:
оое-синхронизм —
kMk°2=k|; (5.2.2)
0<??-СИНХрОНИЗМ —
к? + к| — к|; (5.2.3)
?0?-синхр0низм —
ks+k“=k§. (5.2.4)
Во всех трех случаях волна накачки является необыкновенной волной; следовательно, вектор Е волны накачки должен находиться в плоскости, образуемой волновым вектором и оптической осью кристалла. При оое-синхронизме сигнальная и холостая волны являются обыкновенными, тогда как при оее- и еое-синхронизме одна из этих волн обыкновенная, а другая необыкновенная.
Каждый из указанных видов синхронизма может быть скалярным либо векторным. При скалярном синхронизме все три волновые вектора коллинеарны, а при векторном синхронизме — неколлинеарны. В связи с этим используют также термины коллинеарный и неколлинеарный синхронизм.
Если coj = со2 = о)3/2, то говорят о вырожденном режиме параметрического взаимодействия. В этом случае оее- и «^-синхронизм различить нельзя. Если же ю2 (невырожденный режим), то указанные виды синхронизма различны; см. ниже.
Синхронизм вида оое. Здесь и далее будем для определенности полагать, что Скалярный оое-синхронизм
иллюстрирует рис. 5.1, а (сравните с рис. 2.3, а), где показаны сечения поверхностей волновых векторов k°, к?, к$ плоскостью, проходящей через оптическую ось кристалла z';
О А — направление синхронизма; 0С — угол скалярного оое-синхронизма. На рисунке используются обозначения: к01 = = tl0i(i)i/C, k02 — Мо2®2^> ^оз = По30)3/с, ke3 = «e3©3/c,
Где «01 = «о (^l)> «02 «о (^2)» «оз «о (®з)> «ез ”
= Ме(0)а).
Векторный оое-синхронизм иллюстрирует рис. 5.1,6 (сравните с рис. 2.5, а), где 0!, 02, 03 — углы, образуемые с оптической осью кристалла волновыми векторами к°, к°,
5.2. Фазовый синхронизм. Перестроечные характеристики 285
к§ соответственно. Остальные обозначения имеют тот же смысл, что и на рис. 5.1, а.
Введем обозначения
<V®3 = т; 01 — 02 = Фх; 03 — 02 = Фг- (5.2.5)
Используя теорему косинусов, преобразуем, соотношение
(5.2.2) для неколлинеарных волновых векторов к следующей системе двух уравнений [с учетом (5.2.1а)]*.
(Vh,i)2 = [(1 —7)M2 (?гз Y-2 (1 —у) п02 п% cos ф2;
[(1 — Т) по2? = (T«oi)2 + i.n% f—2Т«01 Щ cos фх.
(5.2.6)
Зависимость п% от угла 03 определяется выражением
п% = «ез/K'l—ез cos2 03 , (5.2.7)
*Не надо путать п% с пез; первое есть абсолютная величина вектора к|, деленная на со3/с (п| зависит от угла, образуемого вектором к| с оптической осью кристалла), а второе —¦ одно из главных значений показателя преломления на частоте со3. Подобная ситуация уже встречалась в §2.1.
286
Гл. 5. Параметрическая генерация света
где е3 — эксцентриситет эллипса п% (0):
4 = V 1 —(«ез/«оз)2 • (5.2.8)
Для коллинеарных волновых векторов (скалярный оое-синхронизм) ф! = ф2 = 0 и согласно (5.2.6) и (5.2.7) получаем
0„ = 0, = arccos
