Комбинационное рассеяние света в кристаллах, как пример параметрического взаимодействия волн в средах с отрицательной дисперсией

• Автор: Шалаев, Михаил Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 99 с. : ил.

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц, терминов

Введение
Глава 1. Среды с отрицательной дисперсией и процессы параметрического нелинейного взаимодействия волн в них (Обзор литературы)

1.1. Среды с отрицательным показателем преломления

1.2 Распространение волн волн в средах с отрицательным показателем преломления и на границе со средами, имеющими положительный показатель преломления

1.3 Оптические эффекты в средах с отрицательным показателем преломления

1.4 Возможности практического применения для сред с отрицательным показателем преломления - суперлинза

1.5 Процессы параметрического взаимодействия света в

средах с отрицательной дисперсией

Выводы
Глава 2. Вынужденное комбинационное рассеяние света в квазистационарном режиме, как пример параметрического взаимодействия волн в средах с отрицательной дисперсией
2.1 Основные уравнения для вынужденного комбинационного рассеяния света
2.2 Случай 1 - попутной стоксовой волны
2.3 Случай 2 - встречной стоксовой волны
2.4 Обсуждение полученных результатов
Выводы 5
Глава 3. Аналитический анализ процесса вынужденного
комбинационного рассеяния света в импульсном режиме накачки
3.1 Основные уравнения для вынужденного комбинационного рассеяния света в импульсном режиме
3.1.1 Обоснование модели
3.1.2 Граничные условия
3.1.3. Решение уравнений в движущейся системе
координат
3.2 Обсуждение полученных результатов
Выводы
Глава 4. Численный анализ процесса вынужденного
комбинационного рассеяния света

4.1 Описание метода, использованного для численного анализа ВКР с импульсами фемтосекундной длительности
4.2 Код программы, использованной в численных расчетах ВКР света в импульсном режиме накачки
4.3 Результаты расчётов процесса ВКР в импульсном режиме в условиях заданного поля накачки
4.3.1 Однонаправленные волны
4.3.2. Переходные процессы при взаимодействии встречных

4.3.3. Учет истощения накачки
4.4. Анализ решения с учетом истощения накачки (на примере алмаза)
4.5 Результаты расчётов процесса ВКР в импульсном режиме накачки для кристалла кальцита Выводы Заключение
Список использованных источников

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц, терминов
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Встречные волны - волны, имеющие частоту Стоксовой волны, и направленные навстречу волне накачки.
Попутные волны - волны, имеющие частоту Стоксовой волны, и направление, совпадающее с направлением накачки.
Оптические фононы - фононы, принадлежащие оптической фононной дисперсионной ветви, имеющие отрицательную дисперсию.
Процессы параметрического взаимодействия волн — нелинейные процессы взаимодействия волн, проходящие в условиях выполнения законов сохранения энергии о, = 0)s + сох (кг) и импульса к, = к:. (0)s) + к„.
Эффект встречной волны - эффект гигантского усиления эффективности взаимодействия волн, возникающий при параметрическом взаимодействии холостой и сигнальной волн, в условиях противоположного направления потока энергии, имеющих частоту, меньшую чем частота накачки.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
NIM - negative index materials (англоязычное название MOi 111).
ВВ - встречные волны.
ПВ - попутные волны.
ВКР - вынужденное комбинационное рассеяние.
ВРМБ - вынужденное рассеяние Манделыытама-Бриллюена.
ГВГ - генерация второй гармоники.
КР - комбинационное рассеяние.
МОПП - материалы с отрицательным показателем преломления.
РМБ - рассеяние Манделынтама-Бриллюена.

где кг = (©/ /с) /л{о)^, с - скорость света в вакууме, к, - знак для
показателя преломления п. Отметим, что уравнение описывает нелинейное взаимодействие для любых комбинаций s] и ц1. Здесь нелинейные поляризации определяются следующими выражениями:
/>“Ы = ;гиМ44'е-<‘‘-*'1 (15)
Уравнения (14) не включают потери, однако, как уже было сказано выше, материалы с отрицательным показателем преломления имеют металл в своем составе, что является причиной появления значительных потерь при распространении волн в таком материале. Поскольку сильное поглощение в таком типе материалов является одной из главных проблем, нелинейное параметрическое усиление может компенсировать потери в метаматериале, что было показано в работе [22]. Перепишем уравнения (14) с учетом потерь ах для сигнальной и а2 для холостой волн, а также в приближении заданной накачки А3 — const:
da, . * ,дь а,
~r = -iga2e ^+-4, dz

= igaxe

где Ak = k3 - k2 - k}, a] = 4-, g = — %(2)A3 , 'I®'®
у /tj 0)j C ££2 /