Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
этой гармоники была обнаружена в 1963 г.
* Изменение показателя преломления более подробно рассматривается, в
следующем параграфе.
393
Многофотонные явления. Выше мы рассмотрели лишь некоторые нелинейные
оптические явления, обусловленные соответствующими нелинейными
коэффициентами восприимчивостей, Однако этим не исчерпываются явления, к
которым приводят коэффициенты разложения %(2), у}3) и т. д. В частности,
нелинейная поляризуемость первого порядка приводит к трехфотонному, %(3)
- к четырехфотонному параметрическим рассеяниям света, %(2) и - к эффекту
параметрического усиления света и т. д. Нелинейные восприимчивости более
высоких порядков тоже приводят к соответствующим нелинейным эффектам.
Например, нелинейная восприимчивость третьего порядка * приводит к
генерации четвертой, четвертого порядка к генерации пятой гармоники и т.
д. Экспериментально генерация четвертой оптической гармоники была
обнаружена в 1974 г. С. А. Ахмановым и его сотрудниками. Прямая генерация
пятой гармоники в ксеноне наблюдалась экспериментально в 1973 г.
Харрисом.
Ввиду сравнительной малости величины довольно трудно зарегистрировать
четвертую гармонику. Поэтому исследователям для ее возбуждения пришлось
использовать мощные импульсы длительностью порядка 10 пс, полученные с
помощью так называемого лазера синхронизации мод. Тщательно проведенные
опыты С. А. Ахманову и сотрудникам позволили не только зарегистрировать
четвертую гармонику, но и измерить величину нелинейной восприимчивости
у}*К Знание величин восприимчивостей кроме технической нужды квантовой
электроники также позволяет проверить правильность теории моделей, на
основе которых рассчитываются эти восприимчивости.
Генерация разных гармоник позволяет путем многокаскадного умножения
частот подойти ближе к коротковолновой части шкалы электромагнитной
волны. Именно этим методом Харрису удалоось получить в аргоне 12-ю
гармонику неодимового лазера (к = 887 А). Изо дня в день в этой области,
так же как и в других областях нелинейной оптики, появляются все новые и
новые работы. Пока удалось получить излучение самой короткой длины волны
до 800 А.
Можно объяснить все эффекты преобразования частот также исходя и из
квантовой теории. С точки зрения квантовой физики все эти эффекты
являются многофотонными процессами, при которых в каждом элементарном
акте взаимодействия участвуют несколько (три в случае генерации второй
гармоники, четыре в случае генерации третьей гармоники и т. д.) фотонов.
Например, согласно этой схеме, при генерации второй гармоники
одновременное "исчезновение" двух фотонов с частотами со каждого приводит
к мгновенному "рождения" одного фотона с частотой 2со. Отсутствие
задержки между "исчезновением" двух квантов и "рождением" одного приводит
к когерентности волн с удвоенной частотой. Благодаря этому про-
* Классификацию коэффициентов разложения можно производить и иначе. В
частности, если коэффициент перед первой степенью поля п - %а> называть
коэффициентом восприимчивости первого порядка, то %'21, %,3), ...
соответственно будут называться квадратичной, кубической
восприимчивостями и т. д.
394
исходит интерференция между так называемыми вторичными вол-нами и в
результате получается волна, распространяющаяся в строго определенном
направлении. В этом заключается одно из принципиальных различий между
многофотонными процессами и последовательностью ряда однофотонных
(например, флуоресценция) процессов,
§ 2. ДЕЙСТВИЕ СИЛЬНОГО СВЕТОВОГО ПОЛЯ.
ЗАВИСИМОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ОТ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА
Уподобление движения электрона (атома) под действием светового поля
гармоническому осциллятору, как это мы делали при рассмотрении явления
дисперсии света, имеет место только при относительно малых смещениях г.
Так как смещение электрона связано с действующим полем, то такое
приближение верно для слабых полей. При действии сильного светового поля,
т. е. при распространении через среду мощного пучка лазерных лучей
действующая на электрон сила Fx зависит не только от г, но также от его
более высоких степеней, например
Fi = - qir-q2r2-qzrz-... (18.4)
С учетом (18.4) уравнение движения электрона становится нелинейным, а его
движение - ангармоническим. В таком случае легко убедиться, что уже не
имеет места линейная зависимость между Р и Е, т. е. форма реакции на
действие светового поля не совпадает с формой действующего поля.
Квадратный член в выражение (18.4) входит только в случае кристаллов, не
имеющих центра симметрии (пьезокристаллы). Если исключить из рассмотрения
пьезокристаллы, то
F1 = -q1r-q3rs-... (18.4а)
Учитывая (18.4а) в (11.11) и пренебрегая поглощением (у = 0), имеем
г+юог +-^ Ь =?0 cos со*. (18.5)
Умножая обе стороны (18.5) на N\e, получим
<18-5а>
При не слишком сильных (значительно меньших внутриатомного поля) полях,
считая кубический член малым, можно решить (18.5а) методом
последовательных приближений *,
* См.: Климонтович Ю. Л. Квантовые генераторы света и нелинейная оптика.
