Появление мощных источников когерентного светового излучения
Она является в сущности максимальной длиной кристалла, которую можно использовать для ГВГ. Показатель преломления, как правило, растет с увеличением частоты, так что
|
Dk = k2w - 2 kw = (2 w /c)(n2w - nw) |
(19) |
Здесь использовано k=wn/c. Когерентная длина выражается формулой
|
|
(20) |
в которой l - длина волны падающего света.
Пример
Если l = 1 мкм и n2w - nw = 0,01 , то lc = 100 мкм.
Увеличение lc от 100мкм до 2см согласно (16) влечет за собой возрастание мощности второй гармоники в 4·104 раз.
Способ, который широко применяется для обеспечения условий фазового синхронизма, заключается в использовании анизотропных кристаллов, обладающих естественным двулучепреломлением. Используя связь kw = w Цme0 nw, вместо условия (17) получим условие n2w = nw, т.е. коэффициенты преломления на основной частоте и на удвоенной должны совпадать. В материалах с нормальной дисперсией показатель преломления обыкновенной и необыкновенной волн, распространяющихся в данном направлении, растет с частотой. Т.е. удовлетворить условию равенства коэффициентов преломления невозможно, если волны частот w и 2w принадлежат одному типу (обыкновенные или необыкновенные). Однако фазовый синхронизм может осуществляться благодаря использованию волн разных типов.
В качестве примера рассмотрим зависимость показателя преломления необыкновенной волны в одноосном кристалле от угла q между направлением распространения и оптической осью (осью Z) кристалла. Эта зависимость имеет вид
|
|
(21) |
Если ne2w < now, то существует угол qсинх, при котором ne2w(qсинх) = now. Таким образом, если волна частоты w распространяется под углом qсинх к оси и имеет поляризацию, отвечающую обыкновенному лучу, то волна удвоенной частоты, возбуждаясь в том же направлении, будут обладать поляризацией необыкновенного луча. (См. рис.2).
|
|
Рис.2. Поверхности показателей преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей в отрицательном одноосном кристалле. Угол q определяется пересечением сферы, представляющей собой поверхность показателей преломления для обыкновенного луча частоты w (желтая сфера) с эллипсоидом показателей преломления необыкновенного луча частоты 2w (розовый эллипсоид). В случае отрицательного одноосного кристалла (new < now), угол, удовлетворяющий условию ne2w(qсинх) = now, определяется так
|
|
(22) |
откуда
|
|
(23) |
Пример
Генерация второй гармоники в кристалле KDP. Исходное излучение - рубиновый лазер (l = 694,3 нм). Значения показателей преломления: new = 1,466, ne2w = 1,487, now = 1,506, no2w = 1,534. Угол синхронизма, вычисленный по формуле (23), равен qсинх = 50,4°.
Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР)
Комбинационное или рамановское рассеяние света давно используется для изучения колебательных спектров молекул и оптической ветви колебаний кристаллических решеток. Ячейка, содержащая исследуемое вещество (жидкость, газ или кристалл), облучается светом с узкой спектральной линией. Спектральный анализ рассеянного излучения обнаруживает присутствие линий, смещенных вниз по частоте на величину, равную колебательным частотам облучаемого образца. Этот тип рассеяния называется стоксовым рассеянием.
В спектре рассеянного излучения присутствуют также частоты, равные сумме частоты падающего излучения и колебательных частот вещества. Это так называемое антистоксово рассеяние, интенсивность которого на несколько порядков меньше интенсивности стоксовой компоненты.
Указанные два типа рассеяния поясняются на рис.3.
|
(a) |
|
Стоксово рассеяние, при котором поглощается лазерный фотон и вместе со стоксовым фотоном на частоте wc = wл - wu возникает квант колебаний молекулы (u = 1). |
|
(b) |
|
Антистоксово рассеяние, при котором поглощаются лазерный фотон и колебательный квант, а испускается фотон на частоте wac = wл + wu. |
|
(c) |
|
Процесс поглощения фотонов частоты wc = wл - wu, стимулированный наличием лазерного излучения частоты wл. |
| Рис.3. Переходы при вынужденном комбинационном рассеянии. | ||
Т.к. антистоксово излучение определяется молекулами, находящимися в возбужденном состоянии, то его интенсивность ниже интенсивности стоксова излучения на величину множителя exp (--wu /kT). На рис.3 (c) представлен также обратный процесс, при котором фотон стоксовой частоты поглощается.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8