ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЕТА

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЕТА источники
когерентного оптич. излучения, осн. элементом к-рых является нелинейный
кристалл, в к-ром мощная световая волна фиксированной частоты параметрически
возбуждает световые волны меньшей частоты. Частоты параметрически
возбуждаемых волн определяются дисперсией света в кристалле. Изменение
дисперсии среды, т. е. величины n, позволяет управлять частотой
волн, излучаемых П. г. с.

П. г. с. предложен в 1962 С. А. Ахмановым
и Р. В. Хохловым (СССР). В 1965 были созданы первые П. г. с. Джорджмейном
и Миллером (США) и несколько позднее Ахматовым и Хохловым с сотрудниками.
Световая волна большой интенсивности (волна накачки), распространяясь в
кристалле, модулирует его диэлектрическую проницаемость e (см.
Нелинейная оптика). Если поле волны накачки: E =
E
(w- k+
ф)
(k = = w/v, -
волновое
число, ф - начальная фаза), диэлектрич. проницаемость e
изменяется по закону бегущей

волны: e = e[1 + m sin(w
+ k)],

где т = 4Пи*xE/eназ. глубиной модуляции диэлектрической проницаемости, x - величина, характеризующая
нелинейные свойства кристалла. У входной грани (x = 0) кристалла
с переменной во времени диэлектрич. проницаемостью e возбуждаются электромагнитные
колебания с частотами wф,
ф,
связанными соотношениями: ww
и ф ф=ф, аналогично
параметрич. возбуждению колебаний в двухконтурной системе (см.
Параметрическое
возбуждение и усиление электрических колебаний). Колебания с частотами
wсветовых волн. Волна накачки отдаёт им свою энергию на всём пути их распространения,
если выполняется соотношение между фазами:

Это соответствует условию фазового синхронизма:

Соотношение (2) означает, что волновые
векторы волны накачки k и возбуждённых волн kи
kобразуют
замкнутый треугольник. Из (2) следует условие для показателей преломления
кристалла на частотах w,wn
(w)
>= n (w+
+
[n
(wn
(www.

При фазовом синхронизме амплитуды возбуждаемых
волн по мере их распроранения в кристалле непрерывно увеличиваются:

где б-коэфф. затухания волны в обычной
(линейной) среде. Очевидно, параметрич. возбуждение происходит, если поле
накачки превышает порог: Е > бс/Пи*х
корень квадратный из wкогда показатель преломления n увеличивается с ростом частоты со,
синхронное взаимодействие волн неосуществимо (рис. 1). Однако в анизотропных
кристаллах, в к-рых могут распространяться два типа волн (обыкновенная
и необыкновенная), условие фазового синхронизма может быть осуществлено,
если использовать зависимость показателя преломления не только от частоты,
но и от поляризации волны и направления распространения. Напр., в одноосном
отрицательном кристалле (см. Кристаллооптика) показатель преломления
обыкновенной волны n больше показателя преломления необыкновенной
волны nк-рый зависит от направления распространения
волны относительно оптич. оси кристалла. Если волновые векторы параллельны
друг другу, то условию фазового синхронизма соответствует определённое
направление, вдоль к-рого:

Рис. 1. Зависимость показателя преломления
n от частоты волны w при нормальной дисперсии.

Угол v относительно
оптич. оси кристалла наз. углом синхронизма, является функцией частот накачки
и одной из возбуждаемых волн. Изменяя направление распространения накачки
относительно оптич. оси (поворачивая кристалл), можно плавно перестраивать
частоту П. г. с. (рис. 2). Существуют и др. способы перестройки частоты
П. г. с., связанные с зависимостью показателя преломления n от темп-ры,
внешнего электрич. поля и т. д.

Рис.2. a-условие синхронизма в нелинейном
кристалле; v - угол между оптической осью кристалла и лучом накачки; v- направление синхронизма; б-изменение длины волнового вектора kнеобыкновенной волны накачки и обыкновенных генерируемых волн kи kw

Для увеличения мощности П. г. с. кристалл
помещают внутри открытого резонатора, благодаря чему волны пробегают
кристалл многократно за время действия накачки (увеличивается эффективная
длина кристалла, рис. 3). Перестройка частоты такого резонаторного П. г.
с. происходит небольшими скачками, определяемыми разностью частот, соответствующих
продольным модам
резонатора. Плавную перестройку можно осуществить,
комбинируя повороты кристалла с изменением параметров резонатора.

Рис. 3. Нелинейный кристалл, помещённый
в оптический резонатор; Зрезонатор.

Во многих странах организован промышленный
выпуск П. г. с. Источником накачки служит излучение лазера (импульсного
и непрерывного действия) или его оптических гармоник. Существующие П. г.
с. перекрывают диапазон длин волн от 0,5 до 4 мкм. Разрабатываются
П. г. с., перестраиваемые в области L 10 - 15 мкм. Отд. П. г. с.
обеспечивают перестройку частоты в пределах 10% от (Он. 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.

Лит.: Ахманов С. А., Хохлов Р. В.,
Параметрические усилители и генераторы света, "Успехи физических наук",
1966, т. 88, в. 3, с. 439; Ярив А., Квантовая электроника и нелинейная
оптика, пер. с англ., М., 1973. А. П. Сухоруков.