Многоволновые нелинейно-оптические взаимодействия в средах с пространственной модуляцией квадратичной восприимчивости (1103843), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Исследованный процесс параметрического усиления при низкочастотной накачке может найти применение в квантовой оптике дляполучения перепутанных и кластерных квантовых состояний.5. Результаты развитого подхода анализа многоволновых взаимодействий световых волн в АНФК могут представлять интерес для изучения генерации одновременно нескольких частот вТГц-диапазоне электромагнитных волн, а также для изучениямноговолновых взаимодействий волн другой физической природы.6. Личный вкладАвтор вместе с научным руководителем принимал участие в постановке задач и обсуждении полученных результатов.
Все изложенныев диссертации результаты получены автором лично или в соавторствепри его непосредственном участии.7. Апробация работыРезультаты диссертационной работы опубликованы в журналах:Квантовая электроника, 2007, 2009; Письма в ЖЭТФ, 2007; ЖЭТФ,2009; Оптика и спектроскопия, 2008; Physical Review A, 2008; LaserPhysics. 2007; Journal of Russian Laser Research, 2005, 2008; ActaPhysica Polonica A, 2007.Докладывались на следующих конференциях: «Фундаментальныепроблемы оптики-2006» (Санкт-Петербург, Россия, 2006); International6Conference on Coherent and Nonlinear Optics/ICONO (Минск, Беларусь, 2007); International School and Conference on Optic and OpticMaterials/ISCOM (Белград, Сербия, 2007); устные выпуски журнала Journal of Russian Laser Research (Москва, Россия, 2008, 2009);Всероссийская научная школа-семинар «Волны-2008» (Московская область, Красновидово, Россия, 2008); «Фундаментальные проблемы оптики-2008» (Санкт-Петербург, Россия, 2008); International School andConference on Photonics/PHOTONICA’09 (Белград, Сербия, 2009).Численно изучены временные и энергетические характеристики излучения, генерируемого в процессах последовательного самоутроенияи последовательного параметрического самопреобразования частотывверх при их протекании в режиме модуляции добротности резонатора.Исследованы параметры импульсов излучения, генерируемых в рассматриваемых процессах внутри резонатора.
Рассчитана выходная мощностьизлучения на преобразованных частотах и исследована ее зависимостьот параметров накачки, резонатора и модулятора добротности. Показаносуществование оптимальных значений этих параметров, при которыхмощность генерируемого излучения максимальна. Продемонстрировано,что в исследуемых процессах самопреобразования частоты средниевыходные мощности излучения на преобразованных частотах в режимемодуляции добротности при оптимальном подборе параметров резонатора, модулятора и накачки могут существенно превышать значениясоответствующих мощностей в стационарном режиме.В этой же Главе развита теория ГВГ фемтосекундными лазернымиимпульсами в НФК ниобата лития в геометрии Лауэ.
Традиционнов НФК взаимодействующие волны распространяются перпендикулярнодоменным стенкам, при этом осуществляется коллинеарный квазисинхронизм. В схеме Лауэ вектор излучения накачки параллелен плоскостям доменных стенок.Теоретически получены угловые распределения излучения ВГ дляразличных типов взаимодействия и оценена эффективность преобразования. Определены порядки квазисинхронизма и угловая расходимостьизлучения ВГ. Выполнена оценка эффективности взаимодействия.
Проведенные исследования показали, что нестационарный характер нелинейного взаимодействия и ширина спектра основного излучения являются существенными факторами в реализации ГВГ в геометрии Лауэ.Показано, что на ширину углового спектра ВГ оказывает влияниеизменение периода модуляции нелинейной восприимчивости, а дляповышения эффективности преобразования следует осуществлять квазисинхронное взаимодействие на меньших порядках, что соответствуетприменению кристаллов с меньшим периодом. Результаты развитойтеории совпадают с экспериментальными данными по фемтосекунднойГВГ в НФК LiNbO3 в геометрии Лауэ.В Главе 3 «Метод суперпозиции модуляции нелинейной восприимчивости» изложена суть развиваемого нового метода конструированияапериодической нелинейной структуры.
Как уже отмечалось, рассмотренные в Главе 2 последовательные процессы имеют ряд ограниченийс точки зрения генерации возможных длин волн, участвующих вовзаимодействии, и количества процессов. Разрабатываемый в диссертации метод создания апериодической нелинейной структуры позволяетотносительно просто осуществить несколько связанных трехчастотныхпроцессов с произвольными длинами волн, лежащими в области прозрачности кристалла.Действительно, в НФК с периодом Λ набор векторов обратнойнелинейной решетки g имеет компоненты с пространственной частотой788.
Структура и объем работыДиссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения и спискацитируемой литературы. Полный объем работы: 151 страница, включая57 рисунков, 3 таблицы. Библиография содержит 133 наименования, втом числе 10 авторских публикаций.II. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении кратко обоснована актуальность выбранной темы,определены цели диссертационной работы, изложены основные защищаемые положения и охарактеризована ее структура и содержание.В Главе 1 «Современные методы реализации многоволновых процессов в нелинейно-оптических кристаллах» приведен обзор литературы, касающейся изучаемых в диссертационной работе вопросов.
Рассмотрены широко используемые методы создания кристаллов с пространственной модуляцией нелинейной восприимчивости, включая какметоды создания периодической нелинейной структуры, так и методы, дающие возможность создания детерминированной апериодическойструктуры. Дан обзор работ, посвященных исследованиям и разработкеновых типов апериодических структур для реализации многоволновыхпроцессов и их экспериментальной реализации.В Главе 2 «Неколлинеарные и последовательные коллинеарные взаимодействия в нелинейных фотонных кристаллах» сначала приведенырезультаты теоретического исследования процессов самопреобразования частоты лазерного излучения в активном НФК ниобата лития,легированного ионами Nd, в режиме модуляции добротности. Процессы, в которых одновременно в одном кристалле происходит лазернаягенерация на частоте ω и нелинейное преобразование этой частоты,традиционно называются процессами самопреобразования.
Детальнорассмотрен процесс последовательного самоутроенияω + ω = 2ω ,2ω + ω = 3ω ,(1)ω + ω/2 = 3ω/2.(2)и генерации частоты 3/2ω :ω = ω/2 + ω/2,K = 2πm/Λ, которые компенсируют волновую расстройку ∆k длянелинейно-оптического процесса на порядке квазисинхронизма m:|g| = 2πm/Λ = ∆k.Обобщая это утверждение, можно сказать следующее: в кристалле смодуляцией нелинейной восприимчивости существует возможность реализации трехчастотного нелинейно-оптического взаимодействия, если в пространственном спектре нелинейной структуры присутствуюткомпоненты, которые равны модулю фазовой расстройки для данногопроцесса. При этом эффективный коэффициент нелинейной связи длянего пропорционален величине соответствующего локального максимума (компоненты) пространственного спектра.
Задача осуществлениямноговолновых процессов сводится, следовательно, к построению такойg(z), в спектре которой будут максимумы для частотных компонент,соответствующих волновым расстройкам протекающих процессов.Метод суперпозиции модуляции нелинейной восприимчивости позволяет сравнительно просто реализовать такую зависимость:"N#X2πzg(z) = signaj sin+ ϕj,(3)Λjj=1Рис. 1. Модуль пространственного фурье-спектра |F (K)| функции g(z), описывающей поведение знака нелинейной восприимчивости в АНФК для реализации двух трехчастотных нелинейно-оптических взаимодействийвзаимодействия, и величины, определяемой параметрами нелинейнойструктуры. Таким образом, метод суперпозиции модуляции нелинейнойвосприимчивости позволяет управлять нелинейными коэффициентамина этапе создания структуры за счет изменения параметров нелинейнойрешетки.где sign (x) — знакопеременная функция sign (x) = 1 при x > 0,sign (x) = −1 при x < 0 и sign (x) = 0 при x = 0, aj , ϕj — амплитудаи фаза модулирующей гармоники, N — число трехчастотных процессов, одновременно протекающих в кристалле, Λj = 2π/|∆kj | — периодмодуляции нелинейной структуры, необходимый для реализации j -гопроцесса с волновой расстройкой ∆kj .Анализ (3) показал, что в спектре апериодической функции g(z)присутствуют компоненты вектора обратной решетки 2π/Λj , которыекомпенсируют волновые расстройки для j -го процесса в первом порядке квазисинхронизма.
Например, на рис. 1 приведен пространственныйспектр функции (3) для случая связанного взаимодействия, состоящегоиз двух процессов (N = 2, Λ1 = 7 мкм, Λ2 = 10 мкм). Для N = 1формула (3) описывает функцию модуляции знака нелинейной восприимчивости для НФК.В Главе 3 подробно проанализировано влияние параметров нелинейной решетки на характер протекания процессов в АНФК.Рассмотрен метод вторичного упрощения системы укороченныхуравнений, описывающих пространственную динамику комплексныхамплитуд взаимодействующих волн в АНФК.
Он заключается в замене явно зависящего от z произведения функций вида g(z)e±i∆kj z(см. ниже систему уравнений (6)) на его среднее значение gj подлине L кристалла, в результате чего система уравнений сводитсяк системе с постоянными коэффициентами. При этом эффективныйкоэффициент нелинейной связи волн представляет произведение величины, определяемой нелинейными свойствами кристалла и геометриейРис.
2. Зависимость эффективных коэффициентов нелинейной связи |gm | ототношения пространственных амплитуд r = a3,2 /a1 для случая трех связанныхпроцессов (m = 1, 2, 3) в АНФК при a2 = a3910Особое внимание уделено анализу связи между пространственнымиамплитудами апериодической решетки с эффективными коэффициентами нелинейной связи взаимодействующих волн. Найдены аналитические зависимости для эффективных коэффициентов нелинейнойсвязи для случая двух и трех процессов, участвующих в связанноммноговолновом взаимодействии.
Применение полученных зависимостейоткрывает возможность решения обратной задачи поиска параметровапериодической структуры по предварительно заданным эффективнымкоэффициентам связи волн, что представляет несомненный интересдля практической реализации подобных процессов. В качестве иллю-страции на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
