Глосарій з фізики
Параметричний генератор світла - джерело когерентного оптич. випромінювання, в к-ром потужна світлова хвиля однієї частоти (частоти накачування), проходячи через нелінійний кристал, перетворюється в світлові хвилі інших, менших частот. Частоти параметрично порушуваних хвиль визначаються дисперсією світла в кристалі і при її зміні можуть плавно перебудовуватися при фиксиров. частоті накачування.
П. р с. запропонований в 1962 С. А. Ахмановим і Р. В. Хохловим. Перші т фіз. П. р с. були створені в 1965 Дж. Джордмейном (J. Giordmaine) і Р. Міллером (R. Miller), С. А. Ахмановим і Р. В. Хохловим з співробітниками.
Т. к. Розміри нелінійного кристала багато більше довжини світлової хвилі, то процес параметріч. збудження в оптиці носить яскраво виражений хвильовий характер. Під дією елект. поля Е світлової хвилі великої інтенсивності змінюється діелектричної. проникність e нелінійного кристала: де - квадратична сприйнятливість (див. Нелінійна оптика) .Якщо поле хвилі накачування де - хвильове число. а - поч. фаза, то діелектричної. проникність модулюється за законом біжучої хвилі:
де паз. глибиною модуляції, характерна величина к-рій в оптиці дорівнює 10 -7 10 -5. Біля вхідних грані кристала (х = 0) зі змінною в часі діелектричної. проникністю (1) з шумів порушуються ел - магн. коливання з частотами і і фазами і пов'язаними співвідношеннями
аналогічно параметріч. збудження коливань в двухконтурной системі (див. Параметрическая генерація і посилення електромагнітні коливання).
Коливання з частотами і поширюючись в глиб кристала у вигляді двох світлових хвиль з хвильовими векторами k1 і k2. взаємодіють з хвилею накачки. Якщо не вжити спец. заходів, то на відстані х оптимальні фазові співвідношення (2) зміняться внаслідок дисперсії на величину гдеkH - k1 - k2 - расстройка хвильових векторів, що призводить до погіршення параметріч. збудження або навіть його зникнення. Тому необхідною умовою еф. передачі енергії від хвилі накачування які порушуються хвилях на всьому шляху їх поширення є узгодження їх фазових швидкостей, або хвильових векторів, т. е. - 0:
Ця умова, наз. умовою фазового синхронізму, означає, що хвильові вектори хвилі накачування і синхронно порушуваних хвиль утворюють замкнене трикутник.
При фазовому синхронізмі амплітуди порушуваних, спочатку слабких, хвиль зростають з пройденою відстанню за рахунок енергії накічкі:
де - коеф. загасання хвилі в лінійному середовищі, - коеф. параметріч. посилення. Очевидно, збудження відбувається, якщо поле накачування перевищує поріг:
Фазовий синхронізм, що забезпечує макс. параметріч. посилення, служить своєрідним хвильовим фільтром, що виділяють з усього різноманіття частот + = потужність. пару частот в П. р с. задовольняє (3). З (3) випливає умова для показників заломлення кристала на частотах і. пн
другий - збудження незвичайною хвилею накачки звичайної хвилі частоти і незвичайної хвилі частоти:
У покладе. одноосьовому кристалі також можна підібрати напрямки, в яких брало виконується умова (3) і звичайної хвилею накачки збуджуються дві незвичайні або звичайна і незвичайна хвилі:
Мал. 1. Залежності показника заломлення обинновенной п0 і незвичайною пс хвиль від частоти (а) і напрямку поширення (б) в одноосьовому негативному кристалі.
Кут між напрямком хвильових векторів і оптич. віссю кристала, наз. кутом сііхронізма, є функцією частот накачування і одній з порушуваних хвиль. Змінюючи напрям поширення накачування відносно оптич. осі (повертаючи кристал), можна плавно перебудовувати частоту П. р с. (Рис. 2, а). Існують і ін. Способи перебудови частоти П. р с. пов'язані із залежністю показника заломлення п від температури (рис. 2, б). зовн. елект. поля і т. д.
Для збільшення потужності П. р с. кристал поміщають усередині відкритого резонатора. завдяки чому порушується хвилі пробігають кристал багато разів за час дії накачування (збільшується еф. довжина взаємодії, рис. 3). Перебудова частоти такого резонатора П. р с. відбувається невеликими стрибками, обумовленими різницею частот, відповідних поздовжнім модам резонатора. На практиці використовуються одпорезонаторние П. р с. в яких брало зворотний зв'язок за допомогою дзеркал резонатора здійснюється тільки для однієї з порушуваних хвиль, і дворезонаторних П. р с. зі зворотним зв'язком на обох частотах і Поріг самозбудження двухрезонаторіого
П. р с. визначається добротність резонаторів Ql і Q2 на частотах і: т> В однорезонатор-ном П. р с. поріг збудження вище: т> проте в ньому можна виконувати більш плавну перебудову частоти і він менш вимогливий до стабільності частоти накачування і механічні. вібраціям дзеркал і ін. елементів.
Мал. 2. Залежність довжини хвилі, що генерується параметричних генератором світла, від кута синхронізму (а) і температури Т (б) при = 0,266 мкм; е - оо.
Мал. 3. Нелінійний кристал, поміщений в оптичний резонатор. 31 і 32 - дзеркала, що забезпечують зворотний зв'язок (відображення) для однієї з порушуваних волі - однорезона-битий параметрн-чеескій генератор світла, або для обох хвиль на частотах і - дворезонаторних параметричний генератор світла.
В існуючих П. р с. діапазон головною перебудови довжин хвиль від 0,4 до 16,4 мкм перекривається за допомогою набору оптич. кристалів, що мають різні області оптич. прозорості, різні нелінійності, разл. пороги руйнування (табл.).
Оптичні характеристики деяких нелінійних кристалів, які використовуються в параметричних генераторах світла
Джерелами накачування служать лазери безперервного, імпульсного і імпульсно-періодичної. дії і оптич. гармоніки їх випромінювання. Окремі параметричні генератори світла забезпечують перебудову частоти в межах 10% від Особливу цінність параметричних генераторів світла з плавним перебудовою частоти представляють для ІК-діапазону спектра. У мн. країнах випускаються промислові зразки разл. параметричні генератори світла. Унікальні характеристики параметричних генераторів світла (когерентність випромінювання, вузькість спектральних ліній, висока потужність, плавна перебудова частоти) роблять його основним, а часом єдиним приладом для спектроскопіч. досліджень (активна спектроскопія і ін.), а також дозволяють використовувати його для селективного впливу на речовину (в т. ч. біологічне), для контролю забруднення атмосфери і в ін. цілях.
Література по параметричних генераторів світла
- Ахманов С. А. Хохлов Р. В. Параметричні підсилювачі і генератори світла, "УФН", 1966, т. 88, с. 439;
- Ярів А. Квантова електроніка, пров. з англ. 2 изд. М. 1980;
- Фішер Р. Кулевскій Л. А. Оптичні параметричні генератори світла, "Квантова електроніка". 1977, т. 4, № 2, с. 245;
- Параметричні генератори світла і пикосекундной спектроскопія, Вільнюс, 1983.
НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру