Резонансные нелинейно-оптические процессы смешения частот и эффекты квантовой интерференции

• Автор: Архипкин, Василий Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Содержание
Введение
I ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕКОТОРЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕЛИНЕЙНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТОТ В ГАЗАХ
1 Влияние многофотонной ионизации на процессы нелинейного смешения частот в газах
1.1 Резонансная многофотонная ионизация и квазистационарность взаимодействия с излучением
1.2 Нелинейное смешение частот в условиях резонансной многофотонной ионизации
2 Генерация ВУФ излучения путем смешения частот в полых газонаполненных оптических волноводах
2.1 Свойства полых оптических волноводов
2.2 Нелинейная оптика в газонаполненных волноводах
3 Влияние пространственной неоднородности лазерного излучения на резонансное нелинейное смешение частот
3.1 Однородно уширенная линия резонансного перехода
3.2 Доплеровское уширение резонансного перехода
3.3 Влияние пространственной неоднородности на интерференцию нелинейных эффектов различных порядков
4 Параметрическое смешение частот немонохроматического излучения при двухфотонном резонансе на доплеровски-уширенном переходе
4.1 Узкополосное хаотическое поле
4.2 Стохастическое марковское поле: модели фазовой и амплитудной модуляции
5 Резонансное четырехволновое смешение частот в непрерывном режиме
в парах натрия
5.1 Описание эксперимента и результаты измерений
5.2 Сопоставление с теорией
6 Заключение и выводы к главе 1.

II ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-ИНДУЦИРОВАННАЯ ПРОЗРАЧНОСТЬ И УСИЛЕНИЕ БЕЗ ИНВЕРСИИ НАСЕЛЕННОСТЕЙ
1 Безынверсное усиление на переходах в автоионизационные состояния
1.1 Пороговые условия для населенностей
1.2 Усиление в области автоионизационно-подобных резонансов
2 Влияние локального поля на электромагнитно-индуцированную прозрачность
3 Усиление без инверсии и увеличение преломления без поглощения в однородно- уширенной трехуровневой системе
4 Безынверсное усиление и увеличение показателя преломления при двухфотонной накачке
5 Заключение и выводы к главе
III РЕЗОНАНСНОЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ СМЕШЕНИЕ ЧАСТОТ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-
ИНДУЦИРОВАННОЙ ПРОЗРАЧНОСТИ
1 Полностью резонансное трехволновое смешение частот в условиях индуцированной прозрачности
1.1 Однородное уширение резонансных переходов
1.2 Доплеровское уширение линий резонансных переходов
1.3 Роль квантовой интерференции в процессе резонансного трехволнового смешения частот
2 Резонансное четырехволновое смешении в условиях прозрачности, индуцированной дополнительным сильным лазерным излучением
3 Полностью резонансное четырехволновое смешение в условиях индуцированной прозрачности
3.1 Показатели поглощения и преломления, нелинейная восприимчивость
3.2 Укороченные волновые уравнения и их решение
4 Резонансное четырехволновое смешение частот в условиях прозрачности, индуцируемой двухфотонно-резонансным полем
5 Заключение и выводы к главе

IV РЕЗОНАНСНАЯ НЕЛИНЕЙНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В УСЛОВИЯХ КОГЕРЕНТНОГО ПЛЕНЕНИЯ НАСЕЛЕННОСТЕЙ И ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОСВЕТЛЕНИЯ СРЕДЫ
1 Распространение лазерного излучения в условиях КПН
1.1 Показатели поглощения и преломления
1.2 Влияние КПН на распространение волн
1.3 Распространение лазерных импульсов в условиях адиабатического переноса населенности
2 Резонансное четырех-волновое смешение частот в условиях КПН
2.1 Показатели поглощения и преломления, нелинейная поляризация
2.2 Эффекты распространения
3 Резонансное трехволновое сложение частот в условиях КПН
4 Резонансное четырех-волновое смешение частот в условиях параметрического просветления
4.1 Преобразование частоты слабого ИК излучения путем дополнения ее до двухфотонного резонанса: параметрическое просветление
4.2 Влияние пространственной неоднородности на динамику установления параметрического просветления
4.3 Предельная эффективность нелинейного преобразования при двухфотоннорезонансном сложении частот
5 Выводы и заключение к главе
V СВЕТОИНДУЦИРОВАННЫЙ ДРЕЙФ АТОМОВ В ПОЛЕ
ШИРОКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1 Светоиндуцированный дрейф атомов в поле излучения черного тела
1.1 Дрейф и градиент плотности поглощающих частиц в поле широкополосного
излучения с неоднородным спектром
1.2 Белый СИД в поле излучения черного тела
1.3 Обсуждение результатов
2 Белый светоиндуцированный дрейф в поле цилиндрической и сферической симметрии
2.1 Уравнения, связывающие транспорт атомов и свет
2.2 Численный анализ
генерируемого излучения определяется аргоном. Показатель и сечение поглощения в аргоне аЬз — 5.5 10-5(Торр см)-1, сгь = 2 10~21см2, а в криптоне а8 = 1.5 10-5(Торр см)-1, а = 5 10-22см2. Используя эти данные получаем га/гц ~ 400. Т.е. при той же интенсивности накачки можно увеличить мощность выходного излучения до нескольких киловатт. Необходимое условие а8Ь > 1 при давлении аргона 2700 мм.рт.ст. достигается в волноводе длиной около 10 см.
В работе [173] была получена генерация третьей гармоники с А = 143.6 нм в парах магния в непрерывном режиме. При мощности накачки 0.2 Вт, сфокусированной с конфокальным параметром 4 мм в смесь магния (УУ = 6 1017см-3) и криптона (буферный газ), мощность третьей гармоники составила 1.8 10-13Вт. Поглощение гармоники определяется, в основном, магнием, сечение поглощения которого а — 4.5 10-19см2. Использование волновода диаметром несколько сотых мм, погруженного в смесь паров магния и синхронизирующего газа, позволяет рассчитывать на увеличении КП в 100 раз. Необходимое условие а3Ь > 1 достигается при давлении магния 20 мм.рт.ст. при длине волновода около 3 см. При этом, как показывают оценки для металлических волноводов, волноводные потери оказываются пренебрежимо малыми.
Таким образом, из приведенных оценок следует, что в прозрачных средах при условии фазового согласования использование полых волноводов, наполненных газообразной нелинейной средой, позволяет увеличить КП примерно в 104 — 106 раз. Поглощение снижает эффект до величины порядка 1000 и меньше. Перспективным классом нелинейных сред являются ионы. Использование разрядов в волноводах позволяет повысить однородность плазмы и преодолеть одну из существенных трудностей в освоении этих нелинейных сред.
В заключение отметим, что предсказанная возможность увеличения эффективности преобразования в ВУФ диапазон (А ~ 147нм) экспериментально была реализована авторами [143, 144] при смешении частот шуиу — 2шиу — в смеси ксенона и криптона (ксенон-нелинейная среда, а криптон- синхронизирующий буферный газ) в условиях фазового согласования. При использовании стеклянного полого волновода (внутренний диаметр 0.2мм, длина 20см) достигнуто увеличение КП в 2.5 раза по сравнению со случаем без волновода. Столь невысокое увеличение КП авторы связывают с невысоким качеством волновода и достаточно сильным поглощением генерируемого ВУФ излучения в ксеноне. Дальнейшее увеличение КП они связывают с использованием полых металлических волноводов, которые имеют значительно лучшие характеристики.