principy_nelinejnoj_optiki_1989 (769482), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Кольцо, соответствующее антистоксовой компоненте первого порядка, должно, согласно теории, определяться условием )г. — 2)г~ — )г,. В жидкостях, в которых возможна самофокусировка света, ситуация более сложная. Направления антистоксовых колец в этом случае отклоняются от направлений, даваемых условием Ыч й, „, + Е, — й„ так как на них влияет самофокусировка. Гэрмайр КР равна 2Г, то, как предскаэывает теория, максимальное комбинационное усиление в направлении наэад пропорционально (Г + Ге) ', тогда как усиление в направлении вперед пропорционально Г ' при условии, что отсутствует относительная дисперсия между частотами стоксовой волны и накачки [17).
Этот удивительный результат можно качественно понять следующим образом. Рассмотрим короткий отреаок цуга стоксовой волны длительностью И. При рассеянии вперед в среде беэ дисперсии он всегда когерентно взаимодействует с одной и той же частью волнового цуга накачки длительностью аг. При рассеянии наэад, напротив, отреэки цугов взаимодействующих волн непрерывно сдвигаются друг относительно друга, стоксова волна все время сталкивается с новым волновым фронтом волны накачки.
Следовательно, комбинационное усиление в прямом направлении кваэистатически следует эа иэменением интенсивности волны накачки и пропорционально Г ', как предсказывает наложенная выше стационарная теория. Комбинационное усиление в направлении назад оказывается меньшим, поскольку процесс вэаимодействия усредняется по изменениям амплитуды и фазы поля накачки. Точные результаты можно получить, например,,рассматривая частный случай ВКР короткого импульса накачки (см. раэдел 10.9), когда ширина спектральной линии накачки определяется обратной величиной длительности импульса. В общем случае для решения эадачи нужно испольэовать статистические теории [17].
е. Конкуренция комбинационных мод В стационарном ВКР проявляется лишь мода, обладающая максимальным усилением. Обычно это мода, имеющая одновременно большое сечение КР и малую ширину линии. Эффективное насыщение лаэерной накачки при вэаимодействии с этой модой исключает проявление в ВКД других мод.
Лишь в нестационарном случае '(см. раздел 10.10) проявляются одновременно несколько конкурирующих мод. эе. Обращенное комбинационное рассеяние Усиление стоксовой волны при ВКР всегда сопровождается потерей интенсивности волны накачки. В таком случае, если в среду направить волну накачки и стоксову волну, можно наблюдать одновременно усиление стоксовой волны и ослабление волны накачки. Поглощение волны накачки в процессе вынужденного рассеяния впервые было продемонстрировано Джонсом и Стойчевым и получило название эффекта обращенного комбинационного рассеяния [18).
ФВ5 з. Перестраиваемые источники Нп" излучения, основанные на вынужденном комбинационном рассеянии Вынужденное комбинационное рассеяние света, дающее излучение на смещенной частоте, с давних пор рассматривалось как реальный метод генерации когерентного излучения на новых частотах. Особый интерес вызывают перестраиваемые источники. Поскольку комбинационные частоты среды обычно фиксированы, перестройка часто осуществляется с помощью использования перестраиваемого лазера накачки.
Наибольшее внимание было уделено двум системам. Одна из них — это парй металлов, в основном щелочных или щелочноземельных. Используются комбинационные переходы типа Я- Р- Я или Я- Р- 17 [19, 20). Перестраиваемый источник накачки настраивается вблизи резонанса с переходом Я- Р, что приводит к сильному возрастанию сечения КР. В результате даже при малой плотности паров (не превышающей 10и см ' при давлении около 10 Терр) комбинационное усиление оказывается значительным и можно легко наблюдать появление излучения ВКР в ближнем ИК диапазоне. При мощности лазера на красителе на входе порядка нескольких десятков киловатт ИК излучение на выходе из кюветы с парами щелочных металлов может иметь область непрерывной перестройки порядка нескольких сотен обратных сантиметров при пиковом значении квантовой эффективности преобразования, приблизительно равном 50 % ~20).
Область перестройки можно еще больше расширить, используя другие комбинационные переходы. Например, в цезни при использовании в качестве накачки лазера на красителе, генерирующего излучение в синей и УФ области спектра, наблюдается стоксово излучение в диапазонах 2,5— 4,75 мкм, 5,67 — 8,65 мкм и 11,65 — 15 мкм, которое связано с комбинационными переходами 6Я - 7Я, 6Я- 8Я и 6Я- 9Я соответственно. При использовании перехода 6Я - 10Я можно получить на выходе излучение в области 20 мкм.
Если в качестве входного используется излучение широкополосного лазера, то и ИК излучение на выходе будет иметь такую же большую ширину линии. С помощью импульсного лааера на красителе Бетьюн с сотрудниками ~21) наблюдали генерацию широкополосного ИК излучения и испольэовали его для получения молекулярных спектров поглощения за один импульс лазера. Для увеличения чувствительности системы регистрации онн осуществляли преобразование ИК сигнала, прошедшего через образец, в излучение видимого диапазона путем нелинейного оптического смешения в другой кювете с парами щелочного металла.
Эта методика позволяет регистрировать ИК спектры неустойчивых химических соединений с наносекундным временным разрешением при использовании наносекундных лазерных импульсов. При большой мощности накачки выходная мощность ВКР-генератора на атомарных парах часто ограничивается процессами многофотонного поглощения и ионизации, насыщения населенности, 166 индуцированного полем спектрального ушнрения и другими нелинейно-оптическими процессамн ~201. Тем не менее в парах бария было получено излучение с энергией 30 мДж в области 2,9 мкм при квантовой эффективности преобразования 40%. С увеличением интенсивности накачки стоксово иалучение на выходе имеет тенденцию к увеличению ширины линии.
Это уширение может быть связано с эффектом Штарка, вызванным фотоионизованными атомами, или насыщением комбинационного перехода, или другими причинами; доминирующий механизм адесь пока не выяснен. Другая система, вызывающая большой практический интерес,— это молекулярные газы, например водород и азот. Эти молекулы обладают очень сильными комбинационными резонансами.
При использовании лазера видимого диапазона с интенсивностью в несколько мегаватт на квадратный сантиметр можно ожидать получения мощного сигнала КР из'газовой кюветы длиной в несколько ь,мки гдп' в,п в,п и,'и е',и пп г,п пг й л АЛ АП. алл Фю А4Й Авг л АВ! Авг Апа АЬ фй~ >,и п,в п,п и,'и и',е п,п п,г п,г гпп Апп ппп впп гпп Апп ппп в по а и Рис. т0.12. Семейства кривых, показывающие возможные длины волв, которые можво получить с помощью ВКР: е — в Нг, стоксов сдвиг етзй см ', 6 — в Вм стоксое сдвиг 2987 см-', Л~ — длива волкы векачки (ие рекламного проспекта ие ВКР-гекератор ВЯ-1 фирмы (~папгз-дау, 1пс.) десятков сантиметров [22~. Пожалуй, наибольший интерес вызывает молекулярный водород, имеющий большой комбинационный сдвиг (4155 см '). Если лазер накачки имеет длину волны Л > 750 нм, то стоксова компонента третьего порядка будет иметь длину волны, превышающую 10 мкм.
На рис. 10.12 показаны диапааоны перестройки, перекрываемые стоксовыми и антистоксовыми компонентами равных порядков в Н, и Ве при использовании источника накачки, перестраиваемого в диапазоне от 200 до 800 нм. Выходное излучение может быть достаточно мощным, как видно из данных табл. 10.2, полученных на промышленном образце преобразо- 187 вателя. Эффективность преобразования можно еще улучшить, используя схему генератор — усилитель, как в случае лааера на красителе, накачиваемого излучением другого лазера. Была достигнута эффективность преобразования в стоксово излучение до 80о/о 1231.
Для получения ВКР в молекулярных газах могут использоваться мощные лааеры на СО,. При этом в СН, можно получить стоксово излучение в области 46 мкм с аффективностью преобрааования Т а б л и ц а 10.2 Выходные характерветмкм ВКР-генератора В8-1 э) ! Энергии, мдж Давление э), 10 э Па длина волны, нм 5) накачке ва длине волны 560 ны г) Прн накачке на длине волны 280 нм и а) Нэ рекламного проспекта Еирмы овэп»а-Кву по К8-1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
