Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
средах возможно только при условии, что одна из этих частот лежит в
области аномальной дисперсии, которая в свою очередь совпадает с областью
поглощения. Следовательно, при равенстве показателей преломления одна из
волн (в изотропных средах) будет сильно поглощаться, что затрудняет
осуществление эффективной генерации второй гармоники. Однако если
обратить внимание на оптические свойства анизотропных кристаллов (см.
-ср ср=о Рис. 18.7
*?
* Величина I в указанных опытах измерялась за счет изменения угла ф между
направлением луча лазера и нормалью к поверхности кристалла согласно
формуле I - cl/cos ф, где d - толщина кварцевой пластинки.
** Величина коэффициента полезного действия (отношение мощности второй
гармоники к мощности падающего излучения) генерации второй гармоники,
далее при предельной мощности и при длине /ког ~ 1(Г3 см, 'Незначительная
(не превышает тысячных долей процента).
405
гл. X), то оказывается, что наличие некоторого направления внутри
кристалла, вдоль которого волны с разными (например, со и 2со) частотами
распространяются с одинаковыми фазовыми скоростями, позволяет осуществить
эффективную генерацию второй гармоники. На эю впервые обратили внимание
Джордмэйн и Терхьюн и ими же экспериментально был обнаружен
предполагаемый эффект -
резкое возрастание мощности второй гармоники в некотором направлении
внутри кристалла KDP.
Направление синхронизма. На рис. 18.8 показаны сечения поверхностей
показателя преломления обыкновенных (п'1 = п° ((c)), п'1 = п (2ю)) и
необыкновенных (п'1 и п'_) волн в кристалле KDP - дигидрофосфата калия
для частоты рубинового лазера (индекс 1) и его второй гармоники (индекс
2). Как видно из рис. 18.8, под некоторым углом Оо к оптической оси (0Z)
кристалла происходит пересечение эллипсоида пе, и сферы nt, что означает
п':, = п\ в данном направлении. Поэтому направление, определяемое
значением угла О0, является направлением синхронизма. Следовательно, если
поляризацию падаюшей волны подобрать так, чтобы основная волна в
кристалле являлась обыкновенной, а кристалл подобрать так, чтобы в нем
данная обыкновенная волна возбуждала необыкновенную волну второй
гармоники, то в направлении #0 должно произойти резкое возрааание
мощности второй гармоники. В формуле (18.20) не учтена потеря энергии
падающей волны на нагревание кристалла и на рассеяние, в результате чего
при я (2со) = п (со) длина когерентности превращается в бесконечность.
Однако в реальных средах всегда возможны подобные потери и поэтому длина
когерентности даже при п (2от) = п (со) становится конечной. И в этом
случае условие синхронизма является условием наилучшей генерации второй
гармоники.
В заключение обратим внимание на один существенный факт. Дело в том, что.
Рис- 18-9
не в каждом двулучепреломляющем кристалле существует направление
синхронизма. Хотя наличие двулучепреломления является необходимым
условием для существования направления синхронизма, но оно не является
достаточным. Достаточным условием является наличие такого сильного
двулучепреломления, при котором из-за достаточной вытя-нутости эллипсоида
происходит ее пересечение со сферой. Так, например, хотя кварц являешя
одноосным двулучепреломля-ющим кристаллом поверхности показателей
преломления п'{ и п%
406
нз-за недостаточно сильного двулучепреломления нигде не пересекается и,
следовательно, в нем нет направления синхронизма (рис. 18.9).
§ 6. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЕТА
Наличие оптических квантовых генераторов, даже мощных, работающих на
вполне определенных фиксированных частотах, число которых сравнительно
невелико, не может удовлетворить все возрастающую в них потребность. Для
целесообразного применения в разных областях науки и практики крайне
необходимо создать лазеры, способные генерировать мощные когерентные
излучения в широких пределах перестраиваемых частот. В этом заключалась
одна из важнейших задач лазерной физики. Поставленная задача нашла свое
успешное решение в работах С. А. Ахманова, Р. В. Хохлова * и независимо
от них Н. Кролла в США, проведенных в 1962 г.
Принцип действия перестраиваемого параметрического генератора света.
Общий принцип действия параметрического генератора света заключается в
передаче энергии мощной световой волны, так называемой волны накачки
(со,,), слабым волнам на частотах сщ и м2, удовлетворяющим соотношению
сон = cdj -f- (й2. (18.21)
Чтобы понять сущность этого явления, направим на нелинейную среду,
поляризация которой определяется как
Р = х? + Х(2)?2. (18.22)
в некотором направлении х одновременно три волны - мощную световую волну
(волну накачки)
ЕВ = Е0, Hcos (w^ - kax) (18.23)
и две слабые волны:
?i = ?oi cos (м^ - ?2х), (18.24)
Е2 = ?02 cos (w2t - k2x), (18.25)
частоты которых удовлетворяют условию (18.21). Если (18.21) и (18.23) -
(18.25) учесть в (18.22), то легко видеть, что нелинейные
поляризации на частотах "ц и ш2 соответственно будут:
Р"/Л(щ) =\l('l)E0>vE02cos[w1t - {kii - k2)x\, (18.26)
