Оптика и квантовая физика. Лекция 11

Оптические квантовые генераторы

Лекция 11

Эксимерный
длина волны 172 нм

Газовые

Аргоновый
от 351.1 до 1092.3 нм

в промышленности:
для разделения, для скрепления или сварки, гравировки и теснения
для производства принтеров
для производства сканеров, в частности, для сканеров штрих-кодов в магазинах
производстве микроэлектронных устройств, например, полупроводников и микросхем

голографии
телекоммуникации,
спектроскопии
астрономии
лазерных свето-шоу
и т.д. и т.п.

Линейная оптика

P – поляризованность,
χ – диэлектрическая восприимчивость,
χ2 – нелинейная восприимчивость

Уравнение волны поляризации:

Генерация высших гармоник

Поляризованный диполь станет источником излучения электромагнитной волны с частотой 2ω - генерация второй гармоники:

Генерация 3-й гармоники, а также зависимость n(I) описываются членом χ3 E3 и т.д.

Удвоение частоты света
в кристалле ниобата натрия Ba2NaNb5O5

Сечения поверхности показателей преломления обыкновенной (o) и необыкновенной (e) волн в двупреломляющем одноосном кристалле дигидрофосфата калия KH2PO4 (KDP). OZ –оптическая ось кристалла.

Условие синхронизма υ(ω) = υ(3ω) выполняется в CaCO3

– дифракционная длина,

При малых I

При больших I

QД = 0,
Pk – критическая
мощность

QД < Qтеор

самофокусировка

Самофокусировка пучка

Пунктир – поверхности постоянной фазы; сплошная линия – распределение интенсивности света

Интенсивность ограниченного светового пучка больше на оси и падает к краям. Часто – по параболическому закону

υфаз = c/n = с/(n0 + n2E2)

фазовые фронты изгибаются

n2 > 0

n = f(I) возникает оптическая неоднородность среды

Вывод: самофокусировка света – самопроизвольная фокусировка мощного лазерного пучка при распространении в среде из-за нелинейной зависимости коэффициента преломления среды от напряженности поля световой волны.

Нитевидные разрушения оптического стекла в поле мощного лазера. Тонкая нить — след самофокусированного светового пучка.
В опыте изменение показателя преломления среды происходит за счёт нагрева стекла лазерным излучением

при больших I возможно многофотонное поглощение

CaF2 – кристалл, активированный ионами европия Eu++,
λ1 = 6943 Ǻ, λ2 = 4250 Ǻ.

Многофотонное поглощение приводит:
к появлению добавочных линий испускания и поглощения,
смещению красной границы фотоэффекта в сторону больших λ.

Уникальные характеристики П. г. с. (когерентность излучения, узость спектральных линий, высокая мощность, плавная перестройка частоты) превращают его в один из основных приборов для спектроскопических исследований (активная спектроскопия и др.), а также позволяют использовать его для избирательного воздействия на вещество, в частности на биологические объекты.

Изменяя направление распростра-нения накачки относительно оптической оси (поворачивая кристалл), можно плавно перестраивать частоту П. г. с.

Нелинейный кристалл, помещенный в оптический резонатор; З1 и З2 – зеркала, образующие резонатор.

Спектральный анализ сопровождается увеличением частоты света (выгодно при исследованиях в инфракрасной области) и усилением сигнала