характерно для незвичайної хвилі. При використанні нелінійних кристалів довжиною в кілька сантиметрів вдається перевести в другу гармоніку більше 10% світлової енергії хвилі накачування.
4.3. Класичне пояснення явища генерації другої гармоніки.
До цих пір ми розглядали генерацію другої оптичної гармоніки, спираючись на фотонні уявлення, тобто маючи на увазі трьохфотонні процес, зображений на малюнку 4. Проте неважко дати цьому явищу також і чисто класичне пояснення.
Нехай на квадратично-нелінійну середу падає когерентна хвиля накачування з частотою:
(4.5)
Якби середовище було лінійної, то її поляризація змінювалася б у часі точно так само, як хвиля накачування, тобто з частотою .
(4.6)
Але в нелінійній середовищі поляризація містить, зокрема, другу гармоніку - доданок - . Зміна поляризації з частотою може призводити, природно, до переизлучение світла на частоті, тобто до появи вторинної світлової хвилі з частотою .
Хвиля поляризації (зокрема, друга гармоніка поляризації) розповсюджується в середовищі зі швидкістю хвилі накачування, тобто зі швидкістюВ . Щоб передача енергії від хвилі поляризації до перєїзлученной світловій хвилі відбувалася ефективно, необхідно, щоб швидкості обох хвиль збігалися. Так як швидкість світлової хвилі з частотою дорівнює, то для перевипромінювання світла на частоті має виконуватися умова:
(4.7)
яке, як вже відомо, є умовою хвильового синхронізму.
Таким є класичне пояснення нелінійно-оптичного явища генерації другої гармоніки. Зауважимо, що при такому поясненні роль середовища як В«ПосередникаВ» у взаємодії первинної і вторинної світлових хвиль виступає вельми наочно, так як В«передача взаємодіїВ» йде по В«ланцюжкуВ»: хвиля накачування - хвиля поляризації - вторинна світлова хвиля.
Неважко уявити собі процес генерації третьої оптичної гармоніки. На В«фотонному мовоюВ» це є певний чотирьохфотонний процес - Знищуються три фотона енергіями і народжується один фотон з енергією. Мовою класичних хвильових уявлень це є результат перевипромінювання світла, безпосередньо що випливає з факту існування третьої гармоніки нелінійної поляризації середовища.
Можливі також процеси генерації оптичних гармонік вищих порядків - четвертої гармоніки, п'ятої і т. д.
Нелінійна поляризація середовища дозволяє здійснювати змішання частот. Нехай поляризація нелінійного середовища описується виразом:
(4.8)
Припустимо, що на середу падають дві когерентні світлові хвилі з різними частотами: . Якщо суму цих хвиль
(4.9)
підставити в (4.8), то у виразі, яке вийде для поляризації середовища, буде присутній, зокрема, доданок
(4.10)
Скориставшись співвідношенням:
,
перетворимо (4.8) до наступного вигляду:
(4.11)
Таким чином ми бачимо можливість перевипромінювання світла на частотахВ і. Таким чином, нелінійна поляризація середовища дозволяє здійснювати додавання і віднімання частот світлових хвиль. У розглянутому тут випадку взаємодія хвиль з частотами і може призводити, як ми бачимо, до появи вторинних світлових хвиль на частотах і .
Вираз (4.8) є найбільш простим виразом для поляризації нелінійного середовища - нелінійна поляризація описується членом, квадратичним по напруженості. У більш загальному випадку у виразі для поляризації можуть бути присутнім також і члени с і т. д. Облік таких членів призводить до того, що при підстановці (4.9) у вираз для поляризації з'являються доданки з частотами: де n і m - цілі числа. Це означає, що, крім додавання і віднімання, можливі й інші варіанти змішання частот.
Висновок
Отже, причиною будь-якого нелінійно-оптичного явища служить, в кінцевому рахунку, якась зміна середовища, що спостерігається при проходженні через середовище досить потужного оптичного випромінювання. Ця зміна властивостей середовища слід розглядати як певний відгук середовища на світлову хвилю.
Природа В«відгукуВ» може бути різною. Зазвичай розрізняють два типи В«відгуківВ»: поляризаційний В«відгукВ» і «³дгук заселеності рівнівВ». p> Поляризаційний «³дгукВ» пов'язаний з появою нелінійної поляризації середовища під впливом вихідної світлової хвилі. При цьому усередині середовища відбуваються процеси переорієнтації електричних дипольних моментів, виникають також наведені дипольні моменти. В«ІнерціальнаВ» поляризаційного відгуку характеризується малим проміжком часу - до 10 -13 с.
«³дгук заселеності рівнів В» має зовсім іншу природу. Він пов'язаний із зміною заселеностей енергетичних рівнів частинок середовища, що відбувається під впливом світлової хвилі, що розповсюджується в середовищі. В«ІнерційністьВ» відгуку характеризується ча...
