Динамика распространения предельно коротких импульсов в оптически одноосных средах

• Автор: Соболевский, Анатолий Фёдорович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРЕДЕЛЬНО КОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ С

ВЕЩЕСТВОМ

§ 1. Экспериментальные достижения в генерации предельно коротких

импульсов

§2. Теоретические модели взаимодействия ПКИ с веществом

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ МИКРОСКОПИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРЕДЕЛЬНО КОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ С

ВЕЩЕСТВОМ
§ 1. Материальные уравнения для поляризационного отклика
оптически одноосной среды
§2. Распространение ПКИ в анизотропных частично поглощающих
СРЕДАХ
§3 Движение ПКИ вдоль оси оптической анизотропии при условии
частичного спектрального перекрытия
§4 Поляризационный отклик при распространении ПКИ в средах с
искусственной анизотропией
§5 ПКИ В СРЕДЕ С НАВЕДЁННЫМ ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕМ
ГЛАВА 3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПКИ В СРЕДАХ С ЕСТЕСТВЕННОЙ
ОПТИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ
§ 1 Динамика электронного поляризационного отклика среды
§2. Ионный И ЭЛЕКТРОННО-КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ отклики
§3 Нелинейные волновые уравнения, описывающие распространение
ПКИ в оптически одноосных кристаллах
§4 Генерация видеоимпульса необыкновенной компоненты в режиме . резонанса Захарова-Бенни
§5 Стационарное распространение ПКИ
ГЛАВА 4. КОМБИНАЦИОННОЕ ЭХО ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ СРЕДЫ ПРЕДЕЛЬНО КОРОТКИМИ ИМПУЛЬСАМИ
§ 1 Обобщённая модель Бломбергена - Шена для описания ВКРактивной среды
§2 Динамика комбинационно активных переходов
§3 Характеристики комбинационного эха
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
ЛИТЕРАТУРА

В последнее время всё больший интерес вызывают теоретические и экспериментальные исследования по взаимодействию мощных световых импульсов длительностью до одного периода электромагнитных колебаний (видеоимпульсов или предельно коротких импульсов (ПКИ)) с веществом. В значительной мере стимулирует эти разработки появившаяся в,последние годы возможность генерации ПКИ в лабораторных условиях [1 - 6]. Кроме того, актуальность данных исследований связана с возможностью использования ПКИ в информационно-оптических системах: с уменьшением длительности тр импульсов увеличивается пропускная способность данных устройств. При этом длительность. тр сигналов колеблется в пределах от сотен [6] до единиц [7] фемтосекунд. Термин «предельно короткие импульсы» к настоящему времени получает всё большее распространение [4, 5,8- 10]. Его англоязычным эквивалентом является «extremely short pulses» или «ultimately short pulses». Правда, к настоящему времени ещё существует некоторый разнобой в соответствующей терминологии: иногда говорят и пишут об «ультракоротких» или «сверхкоротких» импульсах. Данные выражения представляются не совсем удачными, т. к. их иногда применяют к квазимонохромати-ческим сигналам, подчёркивая их малую длительность в абсолютном смысле. Часто говорят об «импульсах в несколько периодов колебаний» (англоязычный вариант «few-cycle pulses»). Последнее словосочетание особенно распространено в зарубежной литературе [3]. Встречается также термин «видеоимпульсы».
Различие между квазимонохроматическими импульсами и ПКИ проявляется не только в форме данных сигналов (Рис' 1), но и в характере их взаимодействия с веществом. Кроме того, при теоретических исследованиях данных взаимодействий неприменимо стандартное для оптики квазимонохрома-тических импульсов приближение медленно меняющихся амплитуд и фаз (ММАФ).

следует из (2.89), приводит к тому, что у = 0. Учитывая это обстоятельство, подставляя (2.92) в (2.84) и (2.85), получим в применении к среде, находящейся во внешнем электрическом поле
Отсюда видно, что поляризация среды ведёт себя аналогично анизотропному осциллятору Дюффинга с кубической нелинейностью, находящемуся под воздействием внешних сил. Собственные частоты этого осциллятора со0 и со, не являются частотами конкретных переходов, а определяются всеми квантовыми уровнями, согласно (2.86), (2.90), (2.91) и выражениями для ам„, со,, и со,. Это связано с нерезонансным характером взаимодействия ПКИ со средой.
В магнитном же поле (при <р * 0) у отлична от нуля и в (2.93), (2.94) появятся слагаемые, которые описывают фарадеевское вращение плоскости поляризации.
Уравнения (2.93), (2.94) являются частным случаем (п = 2) неоднородной системы Гарнье [67], описывающей поведение п нелинейных связанных осцилляторов с различными собственными частотами.
§5 ПКИ в среде с наведённым двулучепреломлением
Для учета самосогласованной динамики взаимодействия излучения с
веществом дополним материальные уравнения уравнением для поля ПКИ в форме (2.37). Рассматривая его в проекциях на оси х, у, после подстановки выражений для обыкновенной и необыкновенной составляющих поляризационного отклика (2.84), (2.85), получим систему двух нелинейных волновых уравнений. Эта система описывает распространение электромагнитных волн
(2.93)
(2.94)