Нелинейный оптический эффект

Когда свет (электромагнитные волны) входит в какое-либо вещество, электроны атомов и молекул вещества сдвигаются полем волн, образуя дипо-ли, колеблющиеся в такт колебаниям этого поля. В свою очередь, колебания диполей создают электромагнитные колебания с такой же частотой, длиной волны и скоростью распространения, как и у возбуждающего излучения. Коэффициентом пропорциональности между поляризуемостью вещества и напряженностью электрического поля служит показатель преломления, зависящий от вещества. Но появились лазеры - источники когерентного излучения с высокой интенсивностью, т. е. с большой амплитудой колебаний, а в результате - нелинейные отклики на облучение, искажающие линейные зависимости в наблюдаемых явлениях. Такие случаи назвали нелинейными оптическими эффектами. Помимо поляризации вещества, пропорциональной силе приложенного поля, возникла нелинейная поляризация второго порядка пропорциональная квадрату силы поля и вызывающая такие явления, как удвоение частоты излучения, сложение частот двух излучений, параметрическое излучение и др. Кроме поляризации второго порядка может возникнуть нелинейная поляризация третьего порядка, вызывающая утроение частоты, искажение коэффициента преломления, вынужденное рамановское рассеяние и другие явления.

Генерация второй гармоники - получение излучения с удвоенной частотой (рис. 20,а) при облучении нелинейного оптического кристалла лазером. Например, для практических нужд излучение неодимового лазе-ра в ближней инфркрасной области (1,06 мкм) преоб-разуют в видимое излучение (0,53 мкм).

В кристалле, не имеющем зеркальной симметрии, поляризация зависит от знака вектора поля. Если к кристаллу приложить синусоидальное поле (свет), то возникнет частично нелинейная поляризация. В результате этого в излучении диполей помимо основной частоты наблюдаются колебания с удвоенной частотой. Это и есть гармоники второго порядка. Для получения хорошего коэффициента удвоения необходимо согласование фаз и совпадение фазовых скоростей в излучении основной частоты и высших гармоник, чего можно добиться, используя кристаллы с двойным лучепреломлением. Аналогичным способом осуществляют, генерацию третьей гармоники.

Если нелинейный оптический кристалл поместить в оптический резонатор и производить накачку лазер­ным излучением с частотой со, то на выходе резонатора будет излучение с двумя частотами , удовлетво-

ряющими соотношению Это явление

параметрического излучения (рис. 20,б). Оптическое смешение - это явление с эффектом, обратным пре­дыдущему. Здесь при облучении с двумя частотами на выходе из кристалла получится излучение с частотой (рис. 20, б). Это происходит

благодаря многофотонному поглощению, когда вместо нескольких поглощенных квантов испускается один с более высокой энергией. Показатель преломления вещества обычно не зависит от амплитуды световых волн, но большие амплитуды вызывают его изменение (рис. 20, г). В результате световой луч в веществе начинает «сходиться». Это явление нелинейной оптики называют автофокусировкой.