В седьмой главе рассматриваются возможности наведения и пространственной модуляции квадратичной нелинейности в фоторефрактивной центросимметричной среде. Анализируются особенности генерации второй гармоники в среде с периодически распреде­ленной в пространстве квадратичной нелинейностью (на χ(2)-решетке, где χ(2)  = χ0(2)cosΔkz).

В параграфе 7.1 излагаются подходы к светоиндуцированному формированию в фоторефрактивных материалах периодических структур, которые позволили бы осуществлять частотное преобразование оптического излучения. Общепринятой считается модель, в которой запись χ(2)-решеток в волоконных световодах и объемных силикатных стеклах осуществляется за счет когерентного фотогальванического эффекта, возникающего в результате нелинейного взаимодействия волн на частоте основной и второй гармоники. В фоторефрактивных средах запись χ(2)-решетки возможна при взаимодействии волн на частоте ω, поскольку возникающие в этом случае пространственно-периодические электрические поля не только формируют решетки показателя преломления, но и модулируют другие физические параметры среды [10].

В параграфе 7.2 проводится расчет поля второй гармоники, возникающей на решетке квадратичной нелинейности. Для определения зависимости амплитуды и фазы волны ВГ от длины нелинейного взаимодействия L интегрировалось бесконеч­но малое приращение поля второй гармоники на бесконечно тонком слое нелинейной среды

dE2ω~dzχ(2)cos[2ωt–2k1z–k2(L–z)]=dzχ(2)cos(2ωt–k2L+Δkz).  (8)

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В результате интегрирования по z получаем

  (9)

Таким образом, в прибли­же­нии неистощимой накачки поле ВГ можно представить в виде суммы двух волн: свободной (с волновым числом k2, определяемым показателем преломления среды на частоте 2ω) и вынужденной (с волновым числом 2k1). Вынужденная волна непосредственно связана с волной нелинейной поляризации среды, имеющей частоту 2ω и волновое число 2k1. Отметим, что k2 – 2k1 = Δk.

Из (9) видно, что амплитуда вынужденной гармоники осциллирует с изменением L, в то время как амплитуда свободной гармоники линейно возрастает с увеличением L. Чтобы получить зависимость интенсивности поля ВГ от L, необходимо учесть интерференцию  свободной и вынужденной гармоник: 

  (10)

где определяет фазу волны ВГ и имеет вид

    (11)

Таким образом, поле ВГ представляется как одна волна, фаза которой изменяется сложным образом. Множитель в (10), независящий от t, является амплитудой суммарного поля ВГ. Интенсивность ВГ :

.  (12)

График зависимости  интенсивности ВГ от L представлен на рис. 19.

Решение задачи о зависимости интенсивности ВГ от длины взаимодействия излучения с χ(2)-решеткой с учетом истощения накачки было проведено методом решения нелинейного волнового уравнения в приближении медленно меняющихся амплитуд для каждой частотной компоненты.

В одномерном случае для изотропной диэлектрической среды нелинейное волновое уравнение имеет вид [11] 

,  (13)

где E – напряженность электрической составляющей  светового поля в среде, – линейная часть электрической индукции светового поля, – нелинейная поляризация среды.

Зависимость интенсивности ВГ I2ω от координаты z имеет вид

    (14)

где I01 – интенсивность накачки на входе в нелинейную среду, (ω1, ω2, n1, n2 – частоты и показатели преломления волны накачки и ВГ соответственно). Выражение (14) при малых z (т. е. когда справедливо приближение неистощимой накачки) может быть сведено к зависимости, заданной в (12), что подтверждает вышеприведенные выводы по генерации второй гармоники на χ(2)-решетке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследованы спектры пропускания кристаллов ниобата лития с добавками Rh, Fe, Ru, Fe+Rh и Fe+Cu для световых волн обыкновенной и необыкновенной поляризации. Установлено, что анизотропия поглощения (дихроизм) легированных кристаллов ниобата лития зависит как от длины волны излучения, так и от рода примеси. В кристаллах LiNbO3:Rh поглощение о-волны значительно больше, чем для е-волны на длине волны 0,6328 мкм, что обеспечивает преимущество для взаимодействий световых волн с необыкновенной поляризацией. Изучены особенности формирования изображений оптически наведенных дефектов в легированных кристаллах ниобата лития в зависимости от поляризации дефектообразующего и тестирующего излучений. Получены экспериментальные данные исследования селективной по углу и неселективной компонент ФИРС в направлении прошедших и отраженных лучей в легированных и чистых кристаллах ниобата лития в зависимости от ориентации плоскости поляризации, интенсивности, длины волны и угла падения излучения накачки. Установлено, что максимальный коэффициент голографического усиления ФИРС в кристаллах LiNbO3:Fe и LiNbO3:Rh практически не зависит от интенсивности излучения накачки в диапазоне 1ч7 кВт/см2 на длине волны 0,6328 мкм. Анализ кинетики ФИРС в легированных кристаллах позволил получить люкс-амперные характеристики для исследуемых образцов в диапазоне интенсивности накачки 1ч7 кВт/см2 на длине волны 0,6328 мкм. Фотопроводимость кристалла LiNbO3:Rh имеет компоненту, пропорциональную квадрату интенсивности излучения. Это свидетельствует в пользу того, что  в кристаллах LiNbO3:Rh реализуется двухцентровая модель переноса фотовозбужденных носителей заряда. Разработаны методики построения индикатрис ФИРС, основанные на обработке цифрового фотоизображения программными средствами. Указанные методики позволяют исследовать угловую зависимость интенсивности рассеянного излучения. В легированных кристаллах ниобата лития реализуется четырехволновое векторное взаимодействие с одинаковыми (необыкновенными) поляризациями всех взаимодействующих волн при наличии волновой расстройки. Данное взаимодействие эффективно реализуется в виде селективного по углу ФИРС еее-е типа. Выполнение условий фазового синхронизма обеспечивается неоднородностью фотоиндуцированного изменения показателя преломления в области пучка накачки и наличием у кристаллов оптической анизотропии. Теоретически полученные значения углов селективного ФИРС, согласуются с экспериментальными данными и позволяют оценить величину фоторефрактивной чувствительности легированных кристаллов ниобата лития. При генерации второй гармоники в среде с записанной χ(2)-решеткой амплитуда  свободной гармоники линейно растет с увеличением длины нелинейного взаимодействия, а амплитуда вынужденной гармоники осциллирует в пространстве. Это обуславливает пространственные осцилляции интенсивности и фазы результирующей волны ВГ.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Solimar L., Web D. J., Grunnet-Jepsen A. The Physics and Applications of Photorefractive Materials. – Oxford: Clarendon Press, 1996. – 256 р. , , Соскин самодифракция когерентных световых пучков // Успехи физических наук. – 1979. – Т. 129. – Вып. 1. – С. 113-137. , , Калинников лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны. – М.: Наука, 2003. – 255 с. Buse K. Light-induced charge processes in photorefractive crystals II: Materials // Appl. Phys. – 1997. – Vol. 64. – P. 391–407. Yunbo Guo, Yi Liao, Liangcai Cao, Guodong Liu, Qingsheng He and Guofan Jin. Improvement of photorefractive properties and holographic applications of lithium niobate crystal // Optics express.– 2004.– Vol. 12. No. 22.  p. 5556. Обуховский фоторефрактивного рассеяния света в кристаллах: Дис…докт. физ.-мат. наук: 01.04.05 – защищена 27.11.89; 0589.0002546.– Киев, 1989.– 346 с.: 53 ил. – Библиогр.: С. 311-346. Ellabban, M. A. Holographic scattering as a technique to determine the activation energy for thermal fixing in photorefractive materials / M. A. Ellabban, G. Mandula, M. Fally et. al. // Appl. Phys. Lett. V. 78, No. 6 2001, p. 844. Lobov A. I., Shur V. Ya. et al. Field Induced Evolution of Regular and Random 2D Domain Structures and Shape of Isolated Domains in LiNbO3 and LiTaO3 // Ferroelectrics.– 2006.– Vol. 341.– pp. 109-116. , Антонюк возбуждений в германосиликатных волоконных световодах и ее роль в генерации второй гармоники // УФН.– 2001. – т. 171.– №1.– С.– 61-78. , , и др. Наведенная лазерным излучением подрешетка микро - и наноструктур в фоторефрактивном монокристалле ниобата лития // Доклады академии наук.–2009.– т. 428.– № 4.– С.– 492-495. , Никитин оптика.– М.: Изд-во «Наука» и изд-во МГУ, 2004.– 659 с.

список основных публикаций по теме диссертации


, Строганов фазового синхронизма при генерации второй оптической гармоники на χ(2)-решетке // Изв. вузов. Физика.– 2001.– Т.44.– №5.– С.– 91-92. , , Сюй структуры при фоторефрактивном рассеянии света в кристалле LiNbO3:Fe // Оптика и спектроскопия. – 2001.– Т. 91.– № 6.– С. 907-908. , Максименко рассеяние света в кристаллах LiNbO3:Rh / Оптический журнал. – 2004. – Т. 71. – №9. – С.–  6-7.  , , Строганов фоторефрактивное рассеяние света в кристалле LiNbO3:Rh / Оптика и спектроскопия. – 2004. – Т. 97. – № 4. – С. 620-623.  , , Ли А. В., , Сюй -анализ диффузных оптических изображений / Изв. вузов. Приборостроение.–2006.– Т.49.–№8.– С.21-23. , , Максименко метод управления спектром пропускания плоскопараллельной кристаллической пластинки // Изв. вузов. Приборостроение. – 2006. – Т. 49. – № 12. – С. 53-55. , , Криштоп индикатрисы фотоиндуцированного рассеяния света в кристаллах ниобата лития // Изв. вузов. Приборостроение. – 2007. – Т. 50. – № 10. – С. 64-67. , , Сюй фотопроводимости легированных кристаллов ниобата лития по фотоиндуцированному рассеянию света // Изв. вузов. Приборостроение. – 2007. – Т. 50. – № 9. – С. 28-30. , , Лихтин и считывание некогерентного изображения в полярных кристаллах // Изв. вузов. Приборостроение. – 2007. – Т. 50. – № 9. – С. 12-15. , , Карпец процессы в кристаллах ниобата лития. – М.: Физматлит, 2008. – 96 с. (Монография). Максименко рассеяние света в кристаллах ниобата лития. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС. – 2010 г. – 110 с. (Монография). Karpets Yu. M., Maksimenko V. A. Photorefraction scattering in LiNbO3 crystals with different alloying additives // ICONO 2001: Fundamental aspects of laser-matter interaction and physics of nanostructures / Proceedings of SPIE. –2002. – Vol. 4748. – p. 211-215. Karpets Yu. M. Maksimenko V. A., Danilova E. V. Kinetics of nonselective photorefraction light scattering in LiNbO3:Rh crystal // XI International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics and Atmospheric Physics: Proceedings of SPIE. – Tomsk, 2004. – Vol. 5743. – P. 262-266. Maksimenko V. A., Danilova E. V., Syuy A. V. Calculation of the selective photorefraction light scattering indicatrix in Rh-doped LiNbO3 crystals / Laser Optics'06: Wavefront Transformation and Laser Beam Control. Editor(s): Leonid N. Soms. 66130F // Proceedings of SPIE, Vol. 6613, 2007. Syuy A. V, Kravtsova N. I., Stroganov V. I., Lihtin V. V., Krishtop V. V., Maksimenko V. A. Peculiar properties of polarized transmission spectrums of crystal plates / Laser Optics’06: Wavefront Transformation and Laser Beam Control. Editor(s): Leonid N. Soms. 661309 // Proceedings of SPIE, Vol. 6613, 2007. , , Максименко коноскопические фигуры в слаборасходящихся широкоапертурных пучках / Исследовано в России [Электронный ресурс] / Моск. физ. – техн. ин-т. – Электрон. журнал. – М., 2004. – С. 2804-2808. – Режим доступа: http://zhurnal. ape. relarn. ru/articles/2004/261.pdf , , Данилова индикатрисы фоторефрактивного рассеяния света в кристаллах LiNbO3:Rh / Исследовано в России [Электронный ресурс] / Моск. физ. – техн. ин-т. – Электрон. журнал. – М., 2006. – С. 624-628. – Режим доступа: http://zhurnal. ape. relarn. ru/articles/2006/046.pdf Максименко решеток нелинейности в центросимметричных и нецентросимметричных средах // Нелинейная оптика. Межвуз. сб. науч. тр.– Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000.– С.– 110-115. Максименко синхронизм для второй оптической гармоники на пространственно-распределенной квадратичной нелинейности // Бюллетень научных сообщений / Под ред. .– Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000.– №5.– С. 77-82. , Карпец энергообмен в результате фоторефрактивного рассеяния света в кристалле LiNbO3:Rh / VII Всероссийская школа – семинар «Люминесценция и сопутствующие явления – «Люм-2001»»: сборник лекций и докладов / Ирк. гос. ун-т. – Иркутск,  2001. –  С.46-49. , Строганов второй гармоники на решетке квадратичной нелинейности в условиях истощения накачки /Люминесценция и сопутствующие явления – «Люм-2001». VII Всероссийская школа – семинар: сборник лекций и докладов / Ирк. гос. ун-т. – Иркутск,  2001.  – С. 98–102. , , Ковалев и фоторефрактивный эффекты в легированных и нелегированных кристаллах LiNbO3 // Нелинейные свойства оптических сред. Сборник трудов под ред. .– Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001.– С. – 42-49. , , Сюй автоволнового фотоиндуцированного рассеяния света в кристалле LiNbO3:Fe // Вестник Амурского государственного университета. – 2001. – Вып. 15. – С. 55-56. , Максименко селективного фотоиндуцированного рассеяния света в кристаллах ниобата лития / Оптические свойства конденсированных сред: сборник научных трудов / под ред. . – Дальневост. гос. ун-т путей сообщения. – Хабаровск, 2002. – С. 26-27. , Карпец поглощения в легированных кристаллах ниобата лития / Принципы и процессы создания неорганических материалов. Международный симпозиум: материалы симпозиума / Хабаровск: Дальнаука, 2002. – С. 65–66.         , Максименко рассеяние света в легированных кристаллах ниобата лития // Препринт ДВГУПС № 36.– Хабаровск: Изд-во ДВГУПС.–2002.–32 с.  Maksimenko V. A., Karpets Yu. M. Anisotropic absorption
in doped LiNbO3 crystals / Монокристаллы и их применение в XXI веке – 2004. Международная конференция: материалы конференции / ВНИИСИМС. – Александров, 2004. – С. 276-279. Максименко фотоиндуцированное рассеяние света в кристаллах ниобата лития / Наука – Хабаровскому краю: материалы VIII краевого конкурса молодых ученых. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006.– С. 156-166. Максименко второй оптической гармоники на решетке квадратичной нелинейности / Наука – Хабаровскому краю: материалы IX краевого конкурса молодых ученых. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2007.– С. 158-164. , Данилова фотоиндуцированное рассеяние света в кристаллах LiNbO3:Rh при различных углах падения пучка накачки / Научная сессия МИФИ-2007. Сборник научных трудов. Т. 15. Физика твердого тела. Фотоника и информационная оптика. М.: МИФИ, 2007.– С. 114-115. Максименко формирования фотонаведенных дефектов в легированных кристаллах ниобата лития / «Оптика кристаллов и наноструктур» / Международная научная конференция // сборник трудов. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. – С. 65-67.         , Данилова фотоиндуцированное рассеяние света в легированных кристаллах ниобата лития / Научная сессия МИФИ / Секция «Фотоника и информационная оптика» // сборник трудов. – Москва: Изд-во МИФИ, 2009. – С. 7-8.

       


Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7