КОЭ (1084716), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Условие волнового синхронизма можно выполнить в анизотропном кристалле, используя взаимодействие волн с разной поляризацией. Рассмотрим одноосный кристалл, в котором наблюдается двойное лучепреломление. В таком кристалле показатель преломления, а следовательно, фазовая скорость волны зависят

не только от частоты , но и от поляризации. В одноосном кристалле для обыкновенной волны показатель преломления не зависит от направления распространения. Сечения поверхностей показателя преломления для этой волны (сферы) дают окружность, как показано на рис. 5.3 для двух частот и 2 . При этом вследствие дисперсии . Для необыкновенной волны показатель преломления зависит от направления распространения, так что поверхность показателя преломления для этой волны представляет собой эллипсоид.

Рис. 5.3. Сечения поверхностей показателя преломления: сферы для обыкновенной волны и эллипсоида для необыкновенной волны в кристалле КДР для частоты рубинового лазера ш и его второй гармоники 2 .

Соответствующие сечения дают эллипсы, которые изображены на рис. 5.3 для двух частот и 2 . В направлении оптической оси (вдоль оси Oz на рис. 5.3) значения и совпадают. Случай, изображенный на рис. 5.3, соответствует оптически отрицательному кристаллу Важным является то, что сечение поверхности показателя преломления для необыкновенной волны на частоте 2 [эллипс (2 )] пересекает сечение поверхности показателя преломления для обыкновенной волны на частоте [окружность ( )]. В точке пересечения .Это означает, что для излучения, распространяющегося вдоль направления ОА, составляющего угол в с оптической осью кристалла, фазовая скорость для обыкновенной волны на частоте равна фазовой скорости для

необыкновенной волны на частоте 2 . Это направление называется

направлением фазового (волнового) синхронизма. Очевидно, в одноосном кристалле совокупность таких направлений образует конус с вершиной в точке 0 и углом раствора .

Таким образом, условие фазового синхронизма может быть реализовано в одноосном кристалле для волн различной поляризации, распространяющихся вдоль определенных направлений по отношению к оптической оси кристалла. В частности, для оптически отрицательного кристалла исходная возбуждающая волна на частоте со должна быть поляризована перпендикулярно оптической оси кристалла, а генерируемая волна на удвоенной частоте 2 будет иметь поляризацию параллельно оптической оси.

Для эффективного удвоения частоты активная среда (кристалл) должна удовлетворять ряду жестких условий:

1) кристалл должен быть оптически прозрачен как на частоте , так и на частоте 2

2) двойное лучепреломление ( — ) должно быть достаточно большим, чтобы сечения ( )и (2 )для отрицательного кристалла пересекались;

3) нелинейная восприимчивость должна быть по возможности максимальной. При соблюдении этих условий интенсивность второй гармоники для направления, совпадающего с направлением волнового синхронизма, будет определяться (5.19).

40. Принцип преобразования частоты и параметрического усиления света в нелинейной среде.

Скан 312(стр 311) наверно

Из соотношений (5.5)

видно, что в нелинейной среде возможны сложения и вычитания двух волн, приводящие к преобразованию частот. Пусть на нелинейную среду в направлении z падает мощная световая волна на частоте , которую назовем волной накачки:

(5.24)

и одновременно две слабые волны

(5.24а) (5.24б)

с частотами и , удовлетворяющими соотношению

(5.25)

Пусть поляризация среды обладает квадратичной нелинейностью (5.3).

Тогда, подставляя (5.24) в (5.3), получим компоненты нелинейной поляризации на частотах и :

(5,26) (5,26а)

Эти соотношения указывают, что за счет взаимодействия волн на частотах и возникает переизлучение на частоте за счет взаимодействия волн на частотах и — переизлучение на частоте . Аналогично генерации второй гармоники для эффективного взаимодействия волны нелинейной поляризации Р( ) со световой волной этой частоты необходимо, чтобы фазовый сдвиг между ними сохранялся с расстоянием z. Это приводит к необходимости выполнения условия волнового синхронизма

(5,27)

Такое же условие получается для частоты .

Условие (5.27), как и (5.22), представляет собой условие сохранения импульса для фотонов, участвующих во взаимодействии, и в общем виде можно записать

(5,28)

Если условие синхронизма выполнено, то энергия волны накачки эффективно передается волнам с частотами и с , которые усиливаются в нелинейной среде. Этот процесс в оптике называется параметрическим преобразованием оптического излучения. Параметрическое преобразование в оптике носит волновой характер, поэтому кроме обычной «частотной» настройки (5.25) требует

соответствующей «волновой» настройки (5.27). Существенным является то, что в оптике все нелинейные эффекты развиваются не только во времени, но и в пространстве.

41. Типы фотоприемников.

Все фотоприемники по принципу действия можно разделить на две большие группы: тепловые и фотонные. В свою очередь фотонные приемники подразделяют на фотодетекторы, основанные на а) внешнем фотоэффекте (фотоэлектронные умножители и вакуумные фотоэлементы, электронно-оптические преобразователи) и б) внутреннем фотоэффекте (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и т. п.). Для определения технических возможностей конкретного фотоприемника используются следующие характеристики:

1. Спектральная (монохроматическая) чувствительность Sx— мера реакции фотоприемника на оптическое излучение с длиной волны X:

или (11,1)

Для тепловых приемников не зависит от длины волны, а для фотонных приемников существует максимальная (пороговая) длина волны , выше которой энергии фотона недостаточно для возникновения фотоэффекта.

Рис. 11.1. Идеальные спектры фоточувствительности тепловых 1) и фотонных 2) детекторов. Пунктирная кривая 3) — квантовый выход идеального фотонного фотодетектора.

На рис. 11.1 представлены спектральные характеристики идеализированного теплового и фотонного приемников. Для фотонных детекторов наряду с применяют понятие квантового выхода фотоответа как отношение числа носителей заряда, генерируемых за счет внешнего или внутреннего фотоэффекта, к числу падающих фотонов. В идеальном фотонном детекторе при

и при . Обратите внимание, что при в коротковолновой области линейно уменьшается с уменьшением ,так как уменьшается число фотонов.

2. Интегральная чувствительность -мера реакции фотоприемника на световой поток Ф заданного спектрального состава

3. Минимально различимый сигнал

4. Эквивалентная мощность шума NEP*—та величина светового потока, которая на выходе фотоприемника в единичной полосе частот вызывает сигнал, равный шуму,

5. Обнаружительная способность D

6. Детектирующая способность D*, называемая также нормированной обнаружительной способностью

7. Инерционность

Принцип действия тепловых фотоприемников основан на регистрации изменения свойств материала при изменении его температуры вследствие поглощения оптического излучения.

Инерционность тепловых приемников велика (> 10 мс), а чувствительность сравнительно низка (Z>*«1O8...1O10 см Гц Вт). Поэтому в системах передачи информации они не используются.

Фотонные приемники эффективно работают в той области спектра, где энергия фотона существенно превышает кТ. В случае, когда тепловая энергия сравнима или превышает энергию фотона , тепловое возбуждение действует активнее оптического и эффективность фотонного приемника резко падает. Поэтому фотонные приемники, предназначенные для работы в области >3 мкм, как правило, требуют охлаждения тем более глубокого, чем больше рабочая длина волны.

Фотонные приемники, принцип действия которых основан на использовании внешнего или внутреннего фотоэффектов, обладают малой инерционностью, большой чувствительностью и высокой обнаружительной способностью. В ряде современных приборов достигнуты значения этих величин, близкие к своему теоретическому пределу.

Оптическую информацию можно разделить на два вида: 1) оптические сигналы, дискретные во времени и пространстве и 2) оптические образы или картины. Соответственно все фотоприемники можно разбить на две группы.

1. Дискретные,

2. Фотоприемники, предназначенные для восприятия световых образов. Как правило многоэлементные.

42. Фотоприемники на основе электронно-дырочного перехода.

Характеристики

Список файлов учебной работы