Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
В поглощающей среде область формирования определяется глубиной проникновения, которая различна для основной частоты и гармоники, как это видно из приведенных выше цифр, например, для GaAs. Этот кристалл почти прозрачен при Х=1,06 мкм и сильно поглощает при Х(2со); для 2-й гармоники глубина области формирования поэтому (в отличие от основной волны) не превосходит Я/6. Этой глубины, как видно, достаточно для придания отраженному лучу свойств симметрии среды.
При этом необходимо, однако, иметь в виду, что в нескольких первых молекулярных слоях симметрия (даже при тех мерах предосторожности при обработке, которые были описаны выше, или без обработки - в жидкостях) может и должна быть ниже, чем в объеме. Это может также вносить вклад при отражении от сред, обладающих центром симметрии в толще.
В частности, в работе [77] развита теория, описывающая генерацию отраженной 2-й гармоники для изотропной среды' как следствие смещения ионов и электронного облака у поверхности и возникновения электрического двойного слоя. Вследствие больших градиентов Е здесь
1 72 НЕЛОКАЛЬНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ ' (ГЛ. 4
могут играть роль вклады квадрупольных эффектов. Эксперимент в общем согласуется с теорией. Наличие адсорбированных слоев может в несколько раз снизить интенсивность отраженной гармоники [78]. Об условиях синхронизма см, также [79].
§ 20. Отражение от нелинейных сред, обладающих центром симметрии. Параметрические эффекты
Нелинейное отражение с образованием 2-й гармоники наблюдалось и от Au, Ag [80, 81]. Здесь сказываются два обстоятельства. Как указывалось, значения Xij-fe отличны от нуля лишь для среды, лишенной центра симметрии, однако это справедливо' лишь в дипольном приближении; в электрическом квадрупольном и магнит-но-дипольном приближениях имеет место обратная ситуация. Кроме того, создаваемая волной ориентация диполей в изотропной среде (см. стр. 160) создает условия для генерации 2-й гармоники [82].
Исследовалось отражение от металла гигантских импульсов рубинового лазера с модуляцией добротности [83] (ранее была краткая работа [84]). Мощность 2-й гармоники составляла 10-15 от падающей. Показано, что, например, для Ag (класс симметрии Он) при ф=45° и Е=Ё± отражение 2-й гармоники равно нулю, при Е-Ей оно максимально, а в промежуточных случаях | Ег | " cos4a, где а - угол между Е и плоскостью падения.
Как выяснено, существенные вклады в нелинейную квадрупольную поляризуемость может давать как плазма электронов проводимости, так и оболочки ионов; теория и эксперимент описаны в работах [85, 87], причем рассмотрены вклады внутри- и межзонных переходов л особые "поверхностные квадрупольные уровни". В работе [88] удалось наблюдать в отражении от Ge, Au, Ag и 3-ю гармонику (разрешенную в инверсионных средах в дипольном приближении). Нелинейное отражение (появление 2-й гармоники и сложение частот) наблюдалось также автором работы [89]; суммарные частоты зависят от углов падения cpi(<"i) и 92(0)2)•
Изложенные выше теории подтверждаются экспериментом [90], где исследовалось отражение от Ag (99,9999%) в высоком вакууме.
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
173
Имеется ряд других эффектов, кроме образования гармоник, которые могут наблюдаться в любых средах, независимо от их симметрии.
Прежде всего отметим, что конфигурация поля в среде 2 у границы при нелинейной диэлектрической проницаемости становится более сложной [91]. Помимо поперечной возникает продольная компонента, а помимо обычной затухающей волны может быть пространственно периодичная компонента. Эти эффекты, несомненно, повлияют на отражение; однако теория отражения для этого случая еще отсутствует. Далее, в области поглощения начинает играть роль нелинейное поглощение. В частности, происходит уменьшение коэффициента поглощения ("просветление") в результате перехода заметной доли поглощающих центров в верхнее состояние, (широко используемое в пассивных модуляторах добротности ОКГ). Происходящее здесь уменьшение % влечет за собой изменение отражения.
В качестве примера укажем работу [92], где даны теория и экспериментальные данные по изменению отражения раствора фталоцианина в нитробензоле; изменение отражения доходит до 14%. Появлений инверсной заселенности наблюдается, естественно, и при полном внутреннем отражении и может быть использовано для генерации. Возникновение инверсной заселенности в ере-де 2 при полном внутреннем отражении приводит [93] к тому, что разрыв непрерывности появляется не только в dR/dq>, "о и в R, при ф=фкр. При этом со стороны Ф>Ф"Р значение R становится большим единицы (см. рис. 57, заимствованный из работы [93]). Отметим, что глубина проникновения при этом падает. Очевидно, что здесь имеет место перетекание энергии из инверсной среды 2 в прозрачную среду 1 (ср. п. 4, стр. 170).
Кроме указанных прямых эффектов, при отражении наблюдается ряд параметрических эффектов, связанных, в первую очередь, с электрострикцией, эффектом Керра, локальными нагревами и многим другим и приводящих к отступлениям от линейных формул Френеля при больших мощностях падающей волны - порядка 108- 1010 вт/см2. Возникает периодическое в пространстве изменение показателя преломления, слоистость, созданная такой модуляцией свойств среды [94], "пьезоэлектриче-
