Paraméteres fénygenerátor
A fizika szószedete
Parametrikus fénygenerátor - koherens optikai forrás. sugárzás, amelyben egy nem-lineáris kristályon áthaladó egy frekvencia (szivattyúfrekvencia) egy erős fényhullámát más, kisebb frekvenciájú hullámokká alakítják át. A paraméteresen gerjesztett hullámok frekvenciáit a fény diszperziója határozza meg a kristályban, és amikor változik, a rögzítéssel könnyedén rekonstruálható. a szivattyúzás gyakorisága.
P. a. az SA Akhmanov és az RV Khokhlov 1962-ben javasolták. Az első kísérletek. P. a. 1965-ben jött létre J. Giordmaine és R. Miller, SA Akhmanov és RV Khokhlov munkatársaikkal.
Mivel a nemlineáris kristály méretei sokkal nagyobbak, mint a hullámhossz hullámhossza, Az optika gerjesztése határozott hullám karaktert mutat. Elektromos hatása alatt. A nagy intenzitású fényhullám E mezője dielektromos. a nemlineáris kristály permeabilitása: ahol van a négyzetes érzékenység (lásd Nemlineáris optika) Ha a szivattyú hullámának területe ahol w a hullámszám. a - kezdet. fázis, majd dielektromos. Az áteresztőképesség az úti hullám törvénye szerint modulálható:
ahol a horony. modulációs mélység, amelynek optikai jellemző értéke 10 -7 10 -5. A kristály bejárati felületén (x = 0) egy időben változó dielektrikummal. a zaj permeabilitása (1) gerjeszti az elektromágneses mezőt. frekvenciák és fázisok oszcillációi és a kapcsolódó kapcsolatok
hasonlóan parametrikus. oszcillációk gerjesztése kéthurok rendszerben (lásd: Elektromágneses oszcillációk paraméteres generálása és amplifikálása).
Oscillációk frekvenciákkal és a kristály belsejébe terjedő két fényhullám formájában k1 és k2 hullámvektorok formájában. kölcsönhatásba lép a szivattyú hullámával. Ha nem veszi a különlegeset. akkor x távolságban az optimális fázishatár (2) változik a diszperzió miatt, ahol a kH - k1 - k2 a hullámvektorok detonálása, ami a paraméterek romlásához vezet. gerjesztés vagy akár eltűnése. Ezért az eff. az energia átvitele a szivattyú-hullámtól a gerjesztett hullámokig a szaporítás teljes útja mentén a fázis sebességek vagy hullámvektorok, azaz 0:
Ez a feltétel, az úgynevezett. a fázisszinkronizáció állapota azt jelenti, hogy a szivattyú hullámának hullámvektorai és a szinkronban gerjesztett hullámok zárt háromszöget alkotnak.
A fázisszinkronizmussal a kezdetben gyengén izgatott hullámok amplitúdója növekszik a gerjesztés energia által megtett távolsággal:
hol van az együttható? hullámcsillapítás lineáris közegben, - együttható. parametrikus. szerezni. Nyilvánvalóan gerjesztés történik, ha a szivattyú mező meghaladja a küszöbértéket:
Fázisszinkronizáció max. parametrikus. erősítés, egyfajta hullámszűrő, amely elválasztja a különböző frekvenciatartományokat + = determin. egy pár frekvencia egy p. kielégítő (3). A (3) -ból következik a kristály törésmutatóinak feltétele az u frekvencián. Mon
a második a szokásos hullám frekvenciája rendkívüli szivattyú hullámával és rendkívüli frekvencia hullámmal történő gerjesztés:
A pozitív. egysíkú kristály, akkor is kiválaszthatja azokat az irányokat, amelyekben a feltétel (3) teljesül, és a szokásos szivattyúhullám két rendkívüli vagy rendes és rendkívüli hullámot gerjeszti:
Ábra. 1. A hagyományos n0 és a rendkívüli nc hullámok törésmutatójának függvénye a frekvencián (a) és a szaporítási irányon (b) uniaxiális negatív kristályon.
A hullámvektorok és optikai irányok közötti szög. a kristály tengelye; a szinkronizmus szöge a szivattyú frekvenciái és az egyik gerjesztett hullám egyik funkciója. A szivattyú átvitelének iránya az optika tekintetében. tengely (a kristály forgatásával), akkor lehetséges párosítani a p frekvenciáját. (2. ábra, a). Vannak más módok a p frekvenciájának beállítására is. kapcsolódik az n törésmutató függvényéhez a hőmérsékleten (2, b ábra). ext. Elektromos. mezők, stb.
A város erejének növelése. a kristály nyitott rezonátorban van elhelyezve. aminek következtében a gerjesztett hullámok sokszor átfolynak a kristályon a szivattyúzási időtartam alatt (a tényleges interakciós hossz nő, 3. ábra). Az ilyen rezonátorüreg frekvenciájának beállítása. kis ugrásokban fordul elő, amelyet a rezonátor hosszirányú üzemmódjainak megfelelő frekvenciakülönbség határoz meg. A gyakorlatban egy üreges rezonátorokat használnak. amelyben a rezonátor tükrökkel történő visszacsatolás csak az egyik gerjesztett hullám és a rezonátor két üreges rezonátorai számára valósul meg. visszacsatolással mindkét frekvencián és egy kétrezonátor öngerjesztő küszöbén
P. a. a Q1 és Q2 rezonátor Q-faktorai határozzák meg az u: m> 1 frekvencián egy üreges rezonátorban. a gerjesztési küszöb magasabb: m> azonban finomabb frekvenciahangolás lehetséges, és kevésbé igényes a szivattyúzási frekvencia és a mechanika stabilitásától. a tükrök és más elemek rezgései.
Ábra. 2. A paraméteres fénygenerátor által létrehozott hullámhosszak függvénye a szinkronszög (a) és a T (b) hőmérséklet értéke = 0,266 μm; e - oo.
Ábra. 3. Optikai rezonátorba helyezett nemlineáris kristály. A 31 és 32 tükrök visszacsatolást (visszaverődést) nyújtanak az egyik gerjesztett hullámhoz - egy-rezonáns paraméterű fénygenerátort vagy mindkét hullámot a frekvenciákon, és egy kétrezonátoros parametrikus fénygenerátor.
A meglévő p. a 0,4 és 16,4 μm közötti fő hullámhossz-hangolási tartományt egy optikai készlet átfedi. különböző optikai régiókkal rendelkező kristályok. átláthatóság, különböző nemlinearitások, bomlik. a megsemmisítés küszöbértékei (táblázat).
Néhány nemlineáris kristály optikai jellemzői a parametrikus fénygenerátorokban
A szivattyúzási források a lézerek folyamatos, pulzáló és impulzusos periódusú lézerek. cselekvések és optikai. a sugárzás harmonikusai. Az egyedi parametrikus fénygenerátorok frekvencia-hangolást biztosítanak a parametrikus fénygenerátorok egyedi értékének 10% -án belül, sima frekvenciamegjelenítéssel az IR spektrális tartományban. Sok helyen. az országok ipari terveket kapnak. paraméteres fénygenerátorok. A parametrikus fénygenerátorok egyedi jellemzői (a sugárzás koherenciája, a spektrális vonalak közömbössége, nagy teljesítmény, sima frekvenciahangolás) teszi ezt a fő és néha az egyetlen spektroszkópiai eszköz. (aktív spektroszkópia stb.), és lehetővé teszi az anyag (beleértve a biológiai) szelektív hatásait is, a légköri szennyezés szabályozására és egyéb célokra.
A parametrikus fénygenerátorokra vonatkozó irodalom
- Akhmanov SA, Khokhlov RV Paraméteres erősítők és fénygenerátorok, "UFN", 1966, 88. o., P. 439;
- Yariv A. Quantum Electronics, transz. angolul. 2 ed. M. 1980;
- Fisher R. Kulevsky LA Optikai paraméteres fénygenerátorok, "Quantum Electronics". 1977, 4. kötet, 2. sz. 245;
- Parametrikus fénygenerátorok és pikoszekundós spektroszkópia, Vilnius, 1983.
HÍREK A FORUM
Az éter elméletének lovagjai