ся певною частотою, певним напрямком поширення і певної поляризацією. Отже, в когерентних процесах повинні брати участь світлові хвилі з високим ступенем когерентності. Можна сказати, що всі когерентні процеси - це процеси перетворення когерентного світла в когерентний світло.
Важливість когерентності світла в когерентних процесах може бути зрозуміла також на основі фотонних уявлень. Оскільки для протікання когерентного процесу необхідно виконання законів збереження енергії та імпульсу для фотонів, то, отже, і первинні, і вторинні фотони повинні знаходитися в певних станах - станах з певною енергією і певним імпульсом. Ясно, що, чим більше фотонів знаходиться в необхідних станах і чим менше розкид фотонів по всіляких іншим станам, тим ефективніше буде протікати розглянутий когерентний процес. Зменшення ж розкиду фотонів по станах як раз і означає підвищення ступеня когерентності випромінювання
Вимога узгодження параметрів хвилі накачування і вторинної хвилі виступає у вигляді так званого умови хвильового синхронізму. На В«Фотонному мовоюВ» це умова виражає закон збереження імпульсу для фотонів, що беруть участь у даному процесі. Умова хвильового синхронізму відіграє важливу роль у когерентних процесах - воно є необхідною умовою ефективної передачі світловій енергії від хвилі накачування до вторинної хвилі.
4.2. Умова хвильового синхронізму на прикладі генерації другої гармоніки.
Розглядаючи генерацію другий оптичної гармоніки, будемо вважати, що напрями хвилі накачування і вторинної хвилі збігаються і що, отже, всі фотонні імпульси спрямовані в одну і ту ж сторону. У цьому випадку векторна рівність можна замінити скалярним:
(4.1)
де і - імпульси відповідно первинного і вторинного фотонів.
У разі середовища в співвідношення для імпульсу фотона треба ввести показник заломлення середовища (Залежить від частоти):
(4.2)
Використовуючи (4.2), а також (3.1), перепишемо (4.1) в наступному вигляді:
В
або після скорочення однакових множників:
(4.3)
Це і є умова хвильового синхронізму для процесу генерації другої гармоніки. Згідно з умовою (2.3) для ефективної передачі світловій енергії від хвилі накачування у вторинну хвилю (інакше кажучи, в другу гармоніку) необхідно рівність показників заломлення для розглянутих світлових хвиль.
У загальному випадку рівність (2.3), зрозуміло, не виконується (через явища дисперсії світла). Тому виникає важливе в практичному відношенні питання: яким чином можна забезпечити виконання умови (2.3)? Задовільну відповідь на це питання був знайдений не відразу. Відповідь цей виявився вельми цікавим - він грунтувався на використанні залежності показника заломлення світла від напрямку в кристалі.
Візьмемо одноосний кристал. На малюнку 6 представлені індікатріси негативного одноосного кристала, причому зображені суцільними лініями відповідають частоті, зображені пунктиром частоті. У точках А і А1 відбувається перетин індікатріси звичайної хвилі з частотою і індікатріси незвичайної хвилі з частотою .
Це означає, що якщо вибрати, наприклад, напрямок АА (воно становить деякий кут з напрямком головної осі кристала), то для світлових хвиль, що поширюються в даному напрямку, буде виконуватися умова:
(4.4)
Це є умова синхронізму для процесу генерації другої гармоніки, в якому хвиля накачування є звичайною хвилею, а друга гармоніки - Незвичайної хвилею. Напрямок АА називають напрямком синхронізму для розглянутого процесу.
Отже, що ж треба зробити, щоб здійснити процес генерації другої оптичної гармоніки?
Для цього треба перш все взяти одноосний кристал з досить високим значенням нелінійної сприйнятливості (Це може бути, наприклад, негативний одноосний кристал дігидрофосфата калію КН 2 Р0 4 .) Кристал повинен бути вирізаний у вигляді, наприклад, прямокутного паралелепіпеда, вісь якого збігається з напрямком синхронізму для даної частоти v хвилі накачування. Для отримання хвилі накачування треба використовувати лазер. При цьому необхідно, щоб хвиля накачування була плоскополяризоване і щоб її площину поляризації була перпендикулярна до площини головного перерізу нелінійного кристала (площини, проходить через головну вісь кристала і вісь паралелепіпеда). Така поляризація хвилі накачування необхідна для того, щоб ця хвиля зіграла роль звичайної хвилі (площину поляризації звичайної хвилі якраз перпендикулярна до площини головного перерізу).
Якщо ці умови будуть виконані, то при поширенні в нелінійному кристалі хвилі накачування з частотою виникає додаткова світлова хвиля - друга оптична гармоніка. Напрям поширення цієї хвилі буде співпадати з напрямом хвилі накачування (втім, можливо також і зворотний напрямок), частота буде вдвічі більше, а площину поляризації буде збігатися з площиною головного перерізу, що ...
