principy_nelinejnoj_optiki_1989 (769482), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Процесс оптического смешения может быть прерван наступлением лазерно-индуцированного пробоя среды. Влияние всех этих факторов быстро возрастает по мере того, как го или Зв приближаются к резонансу. Обычно ограничение накладывается третьим из перечисленных факторов, а пятый — легко реализуется при использовании длинных лазерных импульсов. Генерация третьей гармоники в газах экспериментально наблюдалась во многих работах [10]. При использовании 30-пикосекундных импульсов лазера на Р(б: УАО мощностью 300 МВт, которые оптимальным образом фокусировались в пятно сечением 10 ' см' в ячейку длиной 50 см со смесью ВЪ (3 Торр): Хе (2000 Торр), Блюм с сотрудниками (И] наблюдали синхронную генерацию третьей гармоники на длине волны 354,7 нм с коэффициентом преобразования 10%. Эта же группа получила синхронную генерацию третьей гармоники на длине волны 354,7 нм в смеси г(а: Мя с коэффициентом преобразования 3,8 э .
Наконец, генерация третьей гармоники в УФ диапазоне на длине волны 177,3 нм от основного излучения с длиной волны 532 вм и на длине волны 118,2 нм от излучения с длиной волны 354,7 нм наблюдалась в газовых смесях Сб: Аг и Хе: Аг Кунгом с сотрудниками [12], причем максимальная эффективность преобразования достигала 0,3о . Наш анализ можно распространить на генерацию гармонии высших порядков в газах, хотя эффективность преобразования ожидается в этом случае крайне низкой вследствие относительной малости нелинейных оптических восприимчивостей. Харрис (13] высказал идею, что когерентное излучение в вакуумном УФ и мягком рентгеновском диапазонах можно получить при генерации пятой и седьмой гармоник в парах атомов.
Эта идея была реали-зована Рейвтьесои с сотрудниками (14]. 7.5 Измерение нелинейных оптических восприимчивостей Хорошо развитая теория генерации суммарных частот и гармоник позволяет измерять при этих процессах нелинейные оптические восприимчивости 2"'(в = в, + в,) и доо(пв). Мы остановимся здесь на измерении дол(2в). Как видно из (7Л), модуль ! е,„° 2"':е е ! может быть найден из измерения выходной мощности второй гармоники, если известны входящие в (7.1) величины Р(е), А, Ьй, з и др.
Тогда, 10э выбирая подходящие поляризации е и еат исходя из ориентации кристалла, мы можем определить отдельную компоненту тензора у"'(2в). Для более точного измерения )("'(2в) снимают зависимость мощности второй гармоники Р(2в) в функции Ьйз, а при расчете учитывают поперечный профиль пучка. Абсолютные намерения, однако, всегда трудны, так как для этого должны быть с большой точностью известны параметры лазерного пучка. Попытки проведения таких измерений предпринимались лишь считанное число раз, в основном с кристаллом дигидрофосфата аммония (АПР) (т5). Нелинейные восприимчивости других кристаллов можно определить по отношению к кристаллу АПР.
В частности, было проведено тщательное сравнение восприимчивостей кристаллов СФаззи г ай ки /Гристикп „, с икУкиткт7 У7 Рнс. 7.6. Схема зпспарнмзнта по нзмзрзнпю относптальной ззлнчнны нзадратнчной нелинейной зоспрнпмчнвостп образца, ответственной эа процесс генерации второй гармоники КЭР, кварца и АПР (161, и теперь эти три кристалла часто используются для калибровки при измерении величины восприимчивости 7('к' новых материалов. При проведении подобных относительных измерений лазерный луч разделяется на дна: один луч затем используется для генерации второй гармоники Р(2со) в исследуемом образце, а второй— для генерации второй гармоники мощностью Рк(2ю) в опорном канале с известным кристаллом (рис.
7.6). Отношение мощностей второй гармоники в этих двух каналах равно р(2т) ~кк„~Р1: к„к„~ззв(т) Узп(2т)з1п'(йм!2) (азу)з Рв (2т) '1к уЯ~: к е, ~з з(т) г'в(2в) (йь/2) з1п~(ььвев72) (7.22) где предполагается, что интенсивности лазерного излучения в обоих каналах одинаковы. Индекс кг здесь относится к опорному каналу. Если иавестны все прочие величины, то из измерения зависимости Р(2в)7Р„(2а) от ЬЫ можно определить отношение ~е„, У"'.
з е„И зпн 2в". е,„е„~. Как видно из (7.22), результат теперь не зависит от параметров излучения лазера. Это обстоятельстно сильно упрощает измерение, 1О7 так каи очень сложные або л вера опыте не нужны. б абсолютные намерения характеристн к лаЗависимость Р(2о))/Ра(2о)) - е)пг(ЬЫ/2) в функции ность максимумов, известных как биения еикера г~ ~~. бычяо их получают в ащением пло о игольно оси. флрективная тол ина этом случае равна асс О И— оа, где — толщина образца, а Π— угол лс~, = м,пан~ йааси 1+ мин йе го )г п ЕО ЗП го гп П М го до ео В, град Рло. 7Л.
Отл Рл . Л. Отлоовтельвая ввтевсвавооть овгвала ато ой цил оптвчесаой толщваы лсталла, е второй грамоввлв 1г в фулк- арлсталла, Лемовотрмруюжал аоаввавоаеаве мейлах вевв . амевевме оптвчесаой тол Зциата щам~~~~ д~отигаетсгг его поворота 8) [17) между нормалью к поверхности обрааца и направлением распространения луча. Поскольку Р(2о))- е)п*4(ЬЙ)г)сов О/2), мейкеровские биения возникают при изменении угла О. П ак но, ориентацию кристалла выбирают такой, чтобы расиспользо стройка Лй не зависела от 8. На рис.
7.7 показан при е вался плоскопараллельный образец кварца у которого ось 1 с, параллельная передней грани, служила осью вращения при изм- еНелинейная восприимчивость в общем случае является комп- и ель у 7(гга можно определить лексной величиной. Фазовый множитель 7( . а намерения интерференции волн второй гармоники, генерируемых в двух стоящих последовательно плоскопараллельных об кр 4 8).
Пусть эти два обрааца с толщинами И, к Иа раасоответственно отстоят друг от друга на расстоянии и Предполониама. Тог а поле нигм, что в первом кристалле выполнено условие фааового сикх д второи гармоники, генерируемой в первом к п- росталле в направлении формулой и нормали к поверхности описывается ри- Э )4ла <а) ° ~г гг(ал)а,(а)а,-)гаг га (га) огаЕЕ т Поля на входе во второй кристалл имеют вид + ) а Кем>р (е)г,+е,(е)а)-(еа (7.24) Еае (да + г) = Еае (() ) е"''е') "а('"' где и.— показатель преломления среды между двумя кристаллами.
Мощность второй гармоники на выходе из второго кристалла равна Р (2в)) — ~ Е, ((аа + г) + фяе еа 1'! '"1 (а) ((ае/с)!ЯО(ае) — ео(е))а + с ~ ~в (2(а) + Выражение (7.25) показывает, что Р(2е)) вависит от относительной фазы эффективных нелинейных восприимчивостей двух кристаллов хаафф и 2а,фз. Если кристаллы установлены в закрытой (а) (а! камере, заполненной известным газом, и меняется давление этого газа, то вследствие дисперсии газа п,(2э))~ п.(о)), относительная фаза двух слагаемых в (7.25) будет меняться, что приведет и появлению последовательности интерфвренцмонных максимумов. Наблюдаемая таким образом интерференция в Р(2в)) при изменении ~в.(2в)) — в.(в))) г позволяет определять относительную фазу 2ы (а) и )(аефф.
Обычно отсчет ведется по отношению к величине )(г (а) (а кристалла КЮР. В нвпоглощающих кристаллах величина )(()ь (а) вещественна, причем она может быть положительной или отрицательной. В табл. 7Л приведены величины Хпа для ряда часто (а) встречающихся нелинейно-оптических кристаллов.
В поглощающих кристаллах величина )((га комплексна, и для (а) ее нахождения используется измерение генерации второй гармоники при отражении от поверхности (19], теория которой развита в разделе 6.4. Можно также воспользоваться здесь интерференционной методикой для определения фазы >())а). Рассматриваемые адесь методы коаволяют выполнить аккуратные измерения относитвльнои величины )(а)а, однако при этом изуИ) чаемый кристалл должен быть достаточно большим и хорошего качества.
На практике требуются специальные усилия, чтобы вырастить кристалл больших размеров. Поэтому важно, чтобы каким-то обравом можно было заранев оценить нелинейно-оптические константы кристалла. В этом случае может оказаться полезной порошковая методика, разработанная Куртцем (20]. Схема эксперимента приведена на рис. 7.8. Порошкообразный образец помещается в кювету известной толщины. Регистрируется сигнал второй гармоники, излучаемый образцом в телесный угол ф09 Длина холам оеноаного яалученнн, мкм а(а), (знл) (а-а сгс е) Материал Клаее енмметрнн 00 (а) Хха „(а> Х(а) Х х ХИа) „(а) ар Х(т) )4(')- Хгее Х(а) гх „(а) ) (а) „((а) ах = Х гху „(а) Ххне (а) Хгхт ХИ), „(а) И) ХИмх И) егх И) „(а) (а) Хеге (а) Ххах Х хре 1,0532 а.ЯЮа (вв рц) 0,8~0,04 0,018 10е Те ВааегаНЬаОаа 10,6 1,0642 32 — Ва лин2 — С ае — 29,1~1,5 — 29,1~2,9 — 40~2,9 6,14~0,56 — 11,6~1,7 81,4~21 — 34,4~2,8 — 36~2,8 — 13,2~1 0,96~0,05 0,97~0,06 0,98~0,04 1,0582 ВаТ)са 1,0582 4ллв С ае мнений он (А)) ) КН.Роа (КВР) 1,0582 0,94 1,0582 6мы — С е ЕвО 4,2~0,4 4,6~0,4 — 14,0~0,4 — 11,2~0,6 — 8,4~2,8 1,0642 6 — С ыо 10,6 62~15 блл Сае 57~ 13 109~25 377~38 43н — Т 43ж — Тл 10,6 3,39 70 СаР Таблица 71 Вмавчввы вомпевевт ваадратмчвой велввейвой воеврвимюавеетв ряда врветаллов для вроцеееа геверацвв второй гармовввм Продолжение табл.
7Л длина волны освоавого иелтчевия, мнм Х<М. <З>ая> (Π— а СГС а> Материал Класс симметрии КТ10РО, б) (КТР) щш2 — С х,,= 12,2 7„= 15,2 2,„„= 18,О х,„„ = 18,О 2 = 27,4 4к. Этот сигнал сравнивается с сигналом генерации второй гармоники в опорном кристалле, Желаемая информация может затем быть получена из измерения интенсивности второй гармоники в Иб:7АЕ магер с яееййин ирейанней баранов дуеи- нмно Рнс.
7.8. Схема устройства, всцолъауемого длн намерении квадратичной нели- нейности н корсшиах [8. К. Енг(х я' 1ЕЕЕ 1. <)цаца Е1сс$гоц.— 1868. Ч. ОЕ-4. Р. 578) функции размера частиц порошка. Если средний размер частиц г много меньше средней длины коте рентности, определяемой соотношением Г„„=п/()м= ко/ш[п(2в) — п[(о)1, а) Величины Х(М ааяты иа инион Реем!и( В. У. Л нелбЬооь о< Ьавеш. — С!ете>алба Омо: СЬмн1са> ВаЬЬег Со., 1971, Р, 179.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
