Резонансные нелинейно-оптические процессы в парах металлов и примесных кристаллах

• Автор: Знаменский, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 229 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I МНОГОФОТОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В
РЕЗОНАНСНЫХ СРЕДАХ
§ 1. Основы теории нелинейных оптических процессов
§ 2. Вынужденное комбинационное рассеяние света
§ 3. Высокочастотный эффект Штарка и его проявление
в спектре ВКР
§ 4. Экспериментальные исследования ВКР с целью его
использования для преобразования частоты
лазерного излучения
§ 5. Генерация вынужденного излучения при резонансном возбуждении паров металлов
§ 6. Вынужденное трехфотонное рассеяние света
§ 7. Резонансная многофотонная ионизация атомов
§ 8. Когерентные нелинейно-оптические эффекты и
возможности их практического использования
ГЛАВА II ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРИМЕН-
ТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И ТЕХНИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
§ 1. Основные требования, предъявляемые к экспериментальной установке, и ее общее описание
§ 2. Основные параметры лазерного комплекса
§ 3. Выбор рабочих сред и их спектроскопические
исследования
§ 4. Регистрирующая аппаратура
ГЛАВА III ГЕНЕРАЦИЯ ВЫНУЖДЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ПРИ РЕЗОНАНСНОМ ВОЗБУЖДЕНИИ ПАРОВ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
§ 1. Генерация вынужденного ИК излучения в парах ще-
лочных металлов в условиях изолированного резонанса с переходом между двумя верхними уровнями
§ 2. Резонансные вынужденные процессы при
двухфотонном квазирезонансном возбуждении
атомов бария выше предела ионизации

§ 3. Инфракрасный лазер на основе резонансных вынужденных процессов в парах металлов и возможности его практического использования
ГЛАВА IV ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНОГО ВКР И ВЫНУЖДЕННОГО ТРЕХФОТОННОГО РАССЕЯНИЯ В ПАРАХ МЕТАЛЛОВ
§ 1. ИК ВКР в парах щелочных металлов в условиях
изолированного резонанса с переходом между двумя
верхними уровнями
§ 2. Исследование вынужденного комбинационного рассеяния света в парах рубидия при возбуждении
вблИЗИ ПерехОДОВ 5281/2-52Р1/2,3/2
§ 3. Генерация ВКР в парах Ва в условиях квазирезонан-сного возбуждения перехода 6э2150-7р1 р® излучением
ХеС1* лазера
§ 4. Инфракрасное вынужденное трехфотонное
рассеяние света в парах щелочных металлов
§ 5. Разработка ВКР-преобразователей излучения
лазеров на красителях в ИК диапазон
ГЛАВА V КОГЕРЕНТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕЗОНАНСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МНОГОУРОВНЕВЫМИ СИСТЕМАМИ
§ 1. Интерференция не перекрывающихся во времени световых импульсов при их вырожденном четырехволновом смешении
§ 2. Г енерация вынужденного излучения на смежном
переходе и эффект стимулированного фотонного эха
в кристалле ЬаТз:Рг3+
§ 3. Использование процесса стимулированного фотонного эха для создания оптических запоминающих устройств
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
При взаимодействии интенсивного светового поля со средой возникают оптические процессы, относящиеся к классу нелинейных. Их исследования вот уже в течении длительного времени занимают центральное место в вопросах взаимодействия лазерного излучения с веществом. И на сегодняшний день это направление в лазерной физике развивается исключительно быстрыми темпами. Здесь продолжают совершаться открытия, обнаружено много новых интересных эффектов, непрерывно дополняются и уточняются представления об уже известных явлениях. Следует особо подчеркнуть, что фундаментальные исследования в этой области стимулируются и огромными практическими перспективами, открывающимися при использовании их результатов в самых различных областях науки и техники.
Особое место при взаимодействии лазерного излучения с веществом занимает режим резонансного возбуждения, когда энергия одного или нескольких квантов внешнего поля близка или совпадает с энергией оптически разрешенных переходов в атомной системе. Коэффициенты нелинейного взаимодействия в этом случае значительно возрастают, что приводит к существенному повышению эффективности протекания всех без исключения нелинейных явлений. Для реализации резонансного возбуждения необходимо наличие у атомной системы узких энергетических уровней, связанных сильными дипольными переходами. Такие уровни имеются у атомов разреженных паров и газов. При этом, наиболее удобными оказываются атомы щелочных и щелочно-земельных элементов, частоты атомных переходов которых расположены в видимом диапазоне.
При резонансом возбуждении паров щелочных и щелочно-земельных металлов наблюдаются такие нелинейно-оптические явления как электронное вынужденное комбинационное рассеяние света (ВКР) [1-5], его трехфотонный аналог - вынужденное трехфотонное (гиперкомбинационное) рассеяние света (ВТР) [1, 6, 7], генерация вынужденного излучения [8-12], мно-

электронное ИК ВКР в парах бария. Достигнут довольно высокий коэффициент преобразования в инфракрасный диапазон, составляющий -40% по числу квантов.
В работе [90], опять-таки используя процесс ВКР в парах Ва, осуществлено преобразование излучения эксимерного ХеС1* лазера в область 2,36 мкм с квантовой эффективностью 1%.
Электронное Ж ВКР в парах цезия, соответствующее атомному переходу 6231/2~7251/2, детально изучалось в работах [91-96]. При мощностях возбуждающего лазера на красителе ~20кВт мощность этого процесса составляла ~1,5 кВт. Таким образом, коэффициент преобразования лазерного излучения в ИК диапазон достигал -50% по числу квантов. В работе [97] теоретически было показано, что, используя пары цезия, возбуждаемые излучением лазера на красителях мощностью -30кВт с шириной линии генерации -0,1 см'1 и имеющего расходимость, близкую к дифракционной, можно получить перестраиваемое по частоте электронное ВКР в диапазоне от 5000 см'1 до 500 см'1 (2-20 мкм). Проведенные в этой же работе эксперименты подтвердили этот теоретический вывод. Было получено перестраиваемое в диапазонах 4000-2130 см'1 (2,5-4,25 мкм), 1760-1160 см'1 (5,67-8,65 мкм), 860-670 см'1 (11,65-15 мкм) электронное ВКР, мощность которого составляла соответственно 25 кВт, 7 кВт и 2 кВт. Наконец, в работах [98,99] было осуществлено эффективное ( до 20% по числу квантов) ВКР преобразование в парах цезия пикосекундных импульсов видимого диапазона, генерируемых лазерами на фосфатном стекле с неодимом, в Ж область 2,2-2,66 мкм, а в [100,101]-аналогичное преобразование пикосекундных импульсов лазера на красителях.
При использовании процесса электронного ВКР для преобразования частоты лазерного излучения в Ж область спектра следует учитывать его одну важную особенность: для получения более длинноволнового излучения ВКР