Теоретическое исследование генерации гармоник при когерентном двухфотонном взаимодействии мощных импульсов света с резонансными средами

• Автор: Назаркин, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 97 c. : ил

Глава I. ДВУХФОТОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСОВ КОГЕРЕНТНОГО СВЕТА С РЕЗОНАНСНЫМИ СРЕДАМИ § I. Самосогласованная система уравнений двухфотонного
резонансного взаимодействия излучения с веществом... 15 § 2. Особенности когерентного двухфотонного взаимодействия импульсов со средой
§ 3. Численные методы исследования процессов преобразования частоты в поле мощных световых импульсов
Глава II. ГЕНЕРАЦИЯ ГАБЮНИК ПРИ ДВУХФОТОННОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ МОЩНЫХ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ С РЕЗОНАНСНЫМИ СРЕДАМИ /плосковолновое приближение
§ I. Генерация третьей гармоники
§ 2. Генерация гармоник на комбинационных частотах
1. двухфотонное поглощение
2. комбинационное взаимодействие
Глава III. ПОПЕРЕЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ'ПРИ КОГЕРЕНТНОМ ДВУХФОТОННОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ МОЩНЫХ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ с ВЕЩЕСТВОМ
§ I. Самофокусировка, возникающая при генерации третьей
гармоники
§ 2. Поперечная неустойчивость 2П-импульса /линейное
приближение теории возмущений
§3. Образование самофокусировочных нитей при генерации
третьей гармоники
Заключение
Литература

Генерация гармоник и параметрическое преобразование частот в нелинейной оптике являются мощными методами расширения диапазона источников когерентного излучения. Эти процессы могут быть эффективно использованы для продвижения как в коротковолновую область оптического спектра путем простого оптического умножения частоты, так и длинноволновую - путем генерации излучения на разностных частотах.
Создание в последние годы перестраиваемых по частоте лазеров существенно расширило возможности нелинейной спектроскопии, поскольку на основе параметрического преобразования частот (ППЧ) стало возможным получать перестраиваемые когерентные источники излучения в инфракрасной (Ж), ультрафиолетовой (УФ) и вакуумной ультрафиолетовой (БУФ) области спектра.
Вышеуказанное определяет большую научную и практическую важность исследований процессов нелинейного преобразования частоты излучения. В настоящее время процессы ПШ интенсивно исследуются экспериментально и теоретически как в стационарном, так и нестационарном режимах, как резонансные, так и нерезонансные. Целью подобных исследований, как правило, является выяснение условий наиболее эффективного преобразования.
Принципиальным шагом на пути повышения эффективности ППЧ в последние годы явилось использование вместо кристаллических сред, обладающих значительной нелинейностью и оптической анизотропией, благородных газов и атомарных паров И . Дело в том, что при продвижении в УФ и тем более в БУФ область спектра применимость кристаллов существенно ограничивается из-за сильного поглощения гармоник и отсутствия направлений синхронизма уже для длин волн Л < 200нм.

В то же время большие силы осцилляторов переходов в атомах приводят к тому, что нелинейная восприимчивость, ответственная за генерацию гармоник и преобразование частот в газах имеет тот же порядок, что и для кристаллических сред, несмотря на значительно меньшую ПЛОТНОСТЬ ( Л/^Ю^Ю^СМ-3, /У^р^Ю^СМ_3). Во-вторых, в атомарных газах гораздо выше, чем в кристаллах порог оптического пробоя, т.к. он целиком определяется многофотонной ионизацией атомов (так, для благородных газов 1цред. ~10*3вт/см^).
Необходимое для эффективного взаимодействия а волн с час-тотами СО; и волновыми векторами К-1 условие пространственного синхронизма п
= ^ , (I)

где 21°°^ ~ 60
при этом достигается добавлением к основной газовой среде буферных газов [2,33
Экспериментальные исследования по генерации оптических гармоник и смешению частот в газах дали весьма обнадеживающие результаты {4-8} . Для генерации третьей гармоники получены эффективности преобразования порядка десяти процентов [7} . Рекордно короткая длина волны на основе ППЧ в газах получена при генерации седьмой гармоники У1?= 382 А в гелии [8].
Следует отметить, что в указанных экспериментах частота возбуждающего излучения и гармоник была достаточно удалена от собственных частот вещества (ло)~100 4- 3000см“*). Для теоретических расчетов и обсуждения экспериментальных результатов, как правило, использовались формулы для нелинейной восприимчивости, полученные из теории возмущений по амплитудам полей. Так, для генерации третьей гармоники соответствующая восприимчивость имеет вид (см [10]):
-б'ОРис.9 Преобразование гармоник по энергии
У*сС2) = 5 ^(Е«2М+Е|(т))с(г
Е0= Е5, са)5 = О,5со0, 0,5 ;
штриховая линия - с учетом ФИ, ^(о)= 0^2.(0)—1Тг-°° сплошная линия - без учета ФИ, Т2=оо.