Контрольная работа: Проходження світла через кристали та нелінійні оптичні явища

де - показник заломлення середовища для повторних хвиль з частотою .

З записаних виразів видно, що повторні хвилі після виникнення в точках і розповсюджуються зі швидкістю , яка відрізняється від швидкості первинної хвилі .

Повторні хвилі приходять в будь-яку точку в однаковій фазі і посилюють одна одну тільки при виконанні рівності , яка є умовою просторового синхронізму при подвоєнні частоти.

Генерацію другої гармоніки уперше спостерігали в 1961 р. при поширенні випромінювання рубінового лазера в одноосних кристалах. Для виконання умови просторового синхронізму був вибраний напрям, при якому .

Особливо ефективно явище спостерігається при використанні невидимого випромінювання з , коли з нелінійного середовища вийде яскраво-зелене випромінювання з .

Аналогічно можна пояснити генерацію сумарних і різнистних частот. Для спостереження цих явищ в нелінійне середовище необхідно ввести дві первинні хвилі з хвильовими векторами і . У кожній точці нелінійного середовища виникають повторні хвилі з комбінаційними частотами і .

Можна показати, що повторні хвилі з сумарною частотою посилюють одна одну тільки при виконанні векторної умови просторового синхронізму, який має такий вигляд:

,

де - хвильовий вектор світлової хвилі з сумарною частотою .

При наявності дисперсії ця умова не може бути виконана в изотропних середовищах.

Однак в кристалах при певних кутах між звичайними і незвичайними променями умова просторового синхронізму виконується. Можна вивести аналогічну умову просторового синхронізму для генерації різницевої частоти і інших комбінаційних частот.

Якщо в середовищі розповсюджуються три хвилі, що задовольняють умові просторового синхронізму, між ними відбувається обмін енергією, і більш слабі хвилі посилюються (параметричне посилення). На цьому принципі працюють параметричні генератори світла, в яких можлива плавна перебудова частоти випромінювання.

Показник заломлення деяких ізотропних середовищ і кристалів, наприклад сірковуглеця, залежить від інтенсивності світлової хвилі. Якщо інтенсивність в поперечному перетині пучок нерівномірна, то показник заломлення середовища буде також нерівномірним, що еквівалентно неоднорідному середовищі.

При вісесиметричному розподілі інтенсивності світла в пучок і її плавній зміні від осі до периферії нелінійне середовище еквівалентне лінзі, і після такого середовища паралельні пучки стають такими, що сходяться або що розходяться.

Це явище називають самофокусовкою. Для спостереження самофокусовки потрібні порівняно високі потужності пучок. Енергетична освітленість, наприклад, у разі сірковуглеця складає приблизно .

Нелінійна оптика розвивається дуже швидко, і коло нелінійних оптичних явищ постійно розширяється. Росте також число практичних застосувань нелінійної оптики в різних оптико-електронних приладах.