Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Г (2со) ~ [W (со)р к,У si^J (19,11)
§ 19]
ОТРАЖЕНИЕ ОТ НЕЛИНЕЙНЫХ СРЕД
169
где I - длина когерентности; за I можно принять расстояние, на котором сдвиг фаз становится порядка я. Аналогичное условие получается и для 3-й гармоники.
В обычных условиях I имеет порядок 10-3 (для рубинового окг и кварца). Для повышения W(2со) необходимо добиться, чтобы скорости волн сближались1):
2kxk2 или у (ю) =у (2со).
Чтобы выполнить это условие в диспергирующей среде, необходимы особые условия, без которых интенсивность 2-й гармоники будет мала. Так, для кристалла КДП% - порядка 3* 10-9 CGSE и при поле 10~5 в/см получим (интенсивность гармоники 10-12 от основной волны. Для полупроводника GaAs% - порядка 2,Ы0_6, и интенсивность отраженной гармоники--порядка 10-6, что еще измеримо. Того же порядка цифры можно ожидать для InSb и Те.
Необходимый "волновой синхронизм" может осуществляться, например, следующими способами:
1. При отражении от кристалла подбираются (выбором относительной ориентации оси кристалла, отражающей плоскости и направления колебаний Е) условия, когда основная волна - обыкновенная, а 2-я гармоника- необыкновенная (или, наоборот, в зависимости от знака кристалла); тогда в некотором направлении для определенных кристаллов может быть (см. приложение IV):
v(n) {2(0) = р(°> (ш).
Подробности условий для кристаллов разных классов рассмотрены в работах [019, 61, 62, 66, 67], а для двуосных-в работе [08]. Двуосные кристаллы имеют 10 направлений синхронизма, и могут быть синхронизованы
2-я и 3-я гармоники.
2. При отражении от жидкости в последней растворяется краситель, обладающий в нужной области полосой поглощения. В области такой полосы ход п(ш) немонотонен; можно выбрать такой краситель, чтобы условие (19.9) соблюдалось (см. [58]), где 3-я гармоника
!) Вообще говоря, необходимо, особенно для 3-й гармоники, также некоторое согласование х, ибо характер неоднородной волны зависит и от х [65].
1 70 нелокальные И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ [ГЛ. 4
получена при отражении от нелинейной среды - раствора фуксина bHS и (СР)гСО-1,5НгО (см.рис.56).Аналогично возможно получение и 2-й гармоники (см. ниже).
3. Используется эффект вращения плоскости поляризации. В гиротропной среде при падении циркулярно поляризованной основной частоты 2-я гармоника поляризована циркулярно в обратном направлении, а 3-я - в том же, что 1-я, но с иным углом поворота [69, 70]. Это дает возможности синхронизации. Однако расчеты показывают, что для реальных условий необходимы очень значительные углы поворота, обычными средами не даваемые.
Конкретные условия для различных классов даны в работе [71]. Особо благоприятны условия для 2-й гармоники, ибо гиротропные среды нецентросимметричны. Вопрос о возможности использования эффектов в отражении пока открыт в связи с соображениями, высказанными в § 21, как и вопрос о смешивании частот [72] в отражении.
4. Весьма благоприятные условия для синхронизации получаются [50, 73, 74] при полном внутреннем отражении, когда направление согласования фаз в кристалле лежит в отражающей плоскости, а угол падения соответствует фкрв); интенсивность 2-й гармоники возрастает на 3-4 порядка (кристалл КН2РО4 иммерсиро-ванный в более плотной линейной жидкости).
Именно таким образом была получена 3-я гармоника в упомянутых опытах (см. рис. 56). Теория явления развита для сред, прозрачных для обеих частот (со и 2со); для случая раствора фуксина, непрозрачного для
3-й гармоники, она вряд ли строго применима, ибо здесь собственно полного внутреннего отражения нет (см. гл. 1 и особенно рис. 19). Однако в последнем случае эффект все же, видимо, объясняется тем, что здесь волна основной частоты в среде 2 - фуксина претерпевает почти полное отражение и идет на относительно большом пути вдоль поверхности (§ 9), не поглощаясь, а излучение 3-й гармоники выходит наружу, лишь слабо поглощаясь в тонком поверхностном слое. Очевидно, и здесь имеет место боковое и продольное смещения луча; смещается как луч основной частоты, так и гармоники относительно первого. Различное смещение этих двух лу-
ОТРАЖЕНИЕ ОТ НЕЛИНЕЙНЫХ СРЕД
171
чей, вероятно, и есть причина появления на рис. 56 двух максимумов (в работе [75] развита теория вопроса). Действие неоднородных волн, вероятно, не отличается от действия однородных.
Вопрос об области формирования и когерентности для случая нелинейных сред значительно более сложен; если для линейных компонент остаются в силе соображения, высказанные в § 15 и 16, то для нелинейных картина меняется. Как было сказано, фазы ?((0) и Е (2а) без особых условий не согласуются, фазовые скорости волн неодинаковы. Линейные и нелинейные процессы оказываются некогерентными или не вполне когерентными; однако два нелинейных процесса одинакового порядка когерентны между собой, если они возникли в результате действия двух когерентных волн основной частоты [53] (см. также обзор [76]). Вследствие этого отраженный луч 2-й гармоники формируется практически в слое порядка не более X даже в прозрачной среде, например, КДР, остальные же области вклада почти не вносят, если не принять описанные выше специальные меры по синхронизации.
