principy_nelinejnoj_optiki_1989 (769482), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Ре- ыо зультирующие волны должны иметь волновые векторы )с, — 3с» и )с, =й»~2йо В то время как генерация волны с волновым вектором й,= — й» всегда происходит в условиях синхронизма, генерация двух других волн — нет. Таким обрааом, обычно необходимо рассматривать только сигнал с волновым вектором»с,= — й».
Интересно проследить связь этого случая с голографией. В обоих случаях результирующая волна (й,), возникающая при рассеянии од- Р ной из волн накачки (й» или й,) на интерферограмме, образованной объектной волной (й») и другой волной накачки (йт или )ст), распространяется в обратном направлении по пути объектной волны й,-йс-гй, й, й»-2й» д' й» / йс ' Йе е»+2З» ~ е й»+2й» "У- йс , -йс йе=- й» » а в Рне. 14.5. Вырожденное четырехзолнозое смешенне, прн котором кедающен волна рассеивается не етатнческой решетке, образованной двумя другвмн падеющкмв волнами: а — решетка обрааозане золнемн о волновымк векторами »с» к й»', 6 — решетка образована волнами с волновыми векторемнЪ в й», е— Р решетка образована волнами с волновыми векторамв»с» н»с (й,= — й»).
Поскольку объект может быть описан набором волн й», мы видим, что изображение объекта можно восстановить с помощью соответствующих результирующих волн. В изотропной среде, если потребовать, чтобы сигнал вырожденного четырехволнового смешения не совпадал по моде ни с одной из волн накачки, то для получения фазового синхрониама необхо- Р димо иметь й» = — й»и )с, = — )со Нелинейную поляризацию можно записать с учетом соотношений симметрии в виде Р) ~()с. = — $с», ) = Хм>(ю):Е,(3с,) Е,( — й,) Е» (Зс») = = А(Е, Е») Е, + В(Е, Е») Е, + С(Е, Е,) Е», (14.12) где А, В и С аависят от угла О между полями Е, и Е„В(6) А(я — О). Скобки (Е, Е,') и (Е» Е») в членах с А и В в (14Л2) описывают статические решетки, формируемые при ин- 'Р терференции волн, а произведение (Е, Е,) в члене с С описы~ вает бегущую решетку с частотой 2ю.
Выбором поляризаций трех падающих волн можно добиться того, чтобы ненулевым остался только какой-либо один член в выражении (14.12). Волна на выходе поляризована вдоль вектора Р, . Поскольку она распрост»е> раняется в обратном направлении по отношению к падающей волне с волновым вектором йо она может быть описана решением Сб н, Р. Шее 241 (14.9) [7). Мы приходим к выводу, что при ю,(1) 0 поле на выходе 8'.(О) имеет амплитуду, пропорциональную амплитуде падающего поля Ю~(0), и фазу, являющуюся комплексно сопряженной по отношению к фазе поля го г(0). 14.4 Обращение волнового фронта при четырехволновом смешении Обращение волнового фронта (8! — зто процесс, при котором фаза результирующей волны является комплексно-сопряженной по отношению к фаве падающей волны.
Другими словами, этот процесс заставляет фазу падающей волны изменяться вспять, так что происходит обращение во времени. Такая ситуация возникает, например, при генерации рааностной частоты, параметрическом усилении, четырехволновом смешении. Если обращенная волна распространяется в обратном направлении по отношению к соответствующей падающей волне, то ее можно испольаовать для коррекции аберраций, обусловленных возмущением фазы и возникающих при Радаюиган Рдючнсе Ранна л г-- Лснангаюмае а среда ! ! еерналс Ртраюеннае Солне Радаюигае денна Яерналс, сдращаюн!ее дслнедсй фросю П ! Ис«а же пи!ан ! среда ! ! Рюраюеннан билни Рве. 14.6.
Характер искажения волнового фронта при прохождевии пучка че- рез искажающую среду вперед и назад: вверху — при использовании обычвого зеркала; впизу — при использовакив для отражения пучка зеркала, обращаю- щего волковой фронт распространении падающей волны. Как покавано на рис. 14.6, падающий пучок, проходя через среду, испытывает искажения волнового фронта. В отличие от обычного зеркала, аеркало, обращающее волновой фронт, заставляет эти искажения изменяться вспять, и, когда обращенная волна возвращается назад через среду, искажения ее волнового фронта полностью пропадают (если мало влияние дифракции). Пример восстановления волнового фронта показан на рис.
14.7. 242 В предыдущем разделе мы видели, что результатом вырожденного четырехволнового смешения является отраженная волна с обращенным волновым фронтом по отношению к одной из падающих волн [Ю' (О) Ет (О)]. Таким образом, нелинейная среда для вырожденного четырехволнового смешения может служить обращающим волновой фронт зеркалом [3]. Согласно (14.9) при д',(1)=0 интенсивность обращенной волны может быть даже больше, чем Рис. 14.7. Фотографии, иллюстрирующие эффект коррекции аберраций: е— неискаженный лазерный пучок; о — тот же пучок после прохождения через п отравленную стеклянную пластинку; в — тот же пучок после отражения ращающим аеркалом и повторного прохождения через протразленную пластинку [9] интенсивность падающей волны ЩО) [*, если я,1/2>я/4, причем усиление приближается к порогу возникновения генерации при л.1/2- я/2.
Существует множество интересных и потенциально важных приложений явления обращения волнового фронта, основанных на его способности устранять искажения волнового фронта [9]. Одно из них относится к коррекции искаженных изображений. Для примера рассмотрим усиление лааерного пучка в усилителе. Качество пучка может сильно ухудшиться после прохождения через усиливающую среду. Однако, если воспользоваться обращающим верхалом и заставить пучок пройти череа усилитель еще раз, восстанавливается высокое качество (малая расходимость), которым пучок обладал до усиления.
Это позволяет создавать мощные лааерные системы, в которых качество пучка сравнимо с качеством пучка одномодового генератора. Можно также построить задающий лазер, у которого одно иэ зеркал заменено на обращающее зеркало. Это зеркало будет помогать в улучшении качества пучка, улучшении модовой стабильности и будет способно обеспечить получение дополнительного усиления. В экспериментах по лазерному термоядерному синтезу качество фокусировки пучка на мишень может ухудшаться из-за искажения волнового фронта пучка при его распространении от лазера к мишени. Положение можно исправить, польауясь схемой, показанной на рис. 14.8. Сначала мишень освещается пробным пучком, переизлученная мишенью волна 16» 243 усиливается в усилителе, отражается обращающим волновой фронт зеркалом, снова усиливается и, наконец, автоматически фокусируется на мишень без какого-либо искажения волнового фронта. Эта схема может испольаоваться при любой мишени, а не только для работ по лазерному термоядерному синтезу.
В принципе, ее можно применить и к движущейся мишени, находящейся на значительном расстоянии, так как пучок автоматически отслеживает положение мишени. Это может иметь большое потенциальное значение для а ~ зВФД Осбоогонио Ошра кениг о уонлонио Б 09Ф Обрагаенао бопнобооо фроима ~з-я~ Корронцоо усиленное баллы Рнс.
14.8. Испоаьзованне эффекта восстановнення волнового фронта в експернменте по яаеервому термоядерному сянтезу. Посяедоеатеаьность событий такова: а — пробный пучок освещает мншевьс б — отражение в усняенне отраженной воявы приводят к яскаженвю вокнового фронта; и — происходит обращенве волнового фронта (ОВФ); е — прн повторном проходе через иенажающую усиливающую среду волновой фронт восстанавлнвается, что приводят к четкой фокусировке света на мншень [9] военных приложений. При наличии достаточно большого усиления в усилителе можно даже получить лазерную генерацию, когда мишень и обращающее волновой фронт зеркало образуют резонатор, так что посторонняя подсветка мишени вообще становится ненужной.
Обращение волнового фронта можно также получить при вынужденном рассеянии многомодового пучка накачки [$0]. В этом случае стоксова волна будет фазово-сопряженной по отношению к падающей волне накачки. Это явление наблюдалось экспериментально. Однако теоретически было покавано, что в этом случае можно получить лишь приближенное обращение волнового фронта, причем качество обращения тем выше, чем больше число мод накачки [И]. Фиаика этого эффекта еще требует детального анализа. 244 14.5 Генерация перестраиваемого ИК и УФ излучения Четырехволновое смешение может быть использовано для получения когерентного излучения в ИК и УФ диапазонах (2]. Этот процесс описывается общей теорией оптического смешения.
КубическаЯ нелинейнаЯ воспРиимчивость Хов (а. ы, + ыз+ ы,) опРеделяет, насколько эффективным будет процесс преобразования при заданных интенсивностях волн накачки. Как было показано в разделе 7.4, спектральная компонента восприимчивости Х"', ответственная за процесс генерации третьей гармоники, может сильно возрастать при наличии резонансов. В парах щелочных металлов, 6з — — ЕЛ вЂ” 6д зр— ОФ 6з — — 66 мз Рис. 14.9. диаграмма зиергетических уроевей атома калия и схемы некоторых резоизвсвых кроцессов волнового смешения третьею порядка: а — геиерацвя третьей гармоники; 6 — генерация суммарной частоты в условиях, когда частоты озь м1 + ыз и и, + мз + езз лежат вблизи резоиевсоз; е — генерация ИК излучения, когда частоты ич и ич — мз лежат вблизи резоиаисоз; з — геиерация ИК взлучеиия, когда вблвзи резоиевсоз лежат частоты и, и а1 + ыз например, она возрастает от значений меньгпих 10 " СГС/атом до аначений порядка 10 " СГС/атом в условиях одинарного резонанса.
При четырехволновом смешении частоты ыь ыт и ыз не обязательно должны быть одинаковыми, поэтому можно реализовать двойной или тройной резонанс в Х"'. Некоторые примеры таких процессов схематически показаны на рис. 14.9, где в качестве нелинейной среды выбраны пары калия. Можно ожидать, что Хов в условиях двойного или тройного резонанса будет на много порядков больше по величине, чем в случае одинарного резонанса. В качестве иллюстрации рассмотрим случай, изображенный на рис.
14.96. Пусть на рис. 14.96 частота ы, лежит вблизи резонанса с переходом 4з- 5р, разность ы,— ыз точно попадает в резонанс с переходом 4з- 56, а частота ыз не слишком далека от частоты перехода 46- 4р. Основным резонансным членом в выражении для Х'*' в этом случае будет (Хй')пз = Кое ж —, ~~~ А, (4з ~г; ~ 4р) (4р ~ г; ~ 56) (5г ~ гз ) 5р) (5р ( г~ ) 46), ° е (14ЛЗ) Азз = ((ыг ызр за + гГеэ) (ыз гоз ыза еа + (Гза) (ыз ызр-зз)) з 245 где ~~.", обозначает суммирование по компонентам тонкой структу° з ры уровней з и р. При в,— в„„=50 см ', Г„=0,1 см ' и е,— в... 5000 см ' получаем, что у'*'=6 10" СГС/атом [12].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
