Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света

Автор(ы):Дмитриев В. Г., Тарасов Л. В.
01.02.2016
Год изд.:1982
Описание: Посвящена физике процессов в генераторах второй оптической гармоники и параметрических генераторах света. Отражены новейшие направления и достижения в развитии указанных генераторов; рассмотрены используемые на практике оптические схемы. Систематизированно изложены различные подходы и методы расчета с учетом совокупности факторов, реально влияющих на работу рассматриваемых генераторов апертурные эффекты, фокусировка излучения, неоднородность двулучепреломления, тепловые самовоздействия, фоторефрактивный эффект, многочастотная накачка и др. Книга является продолжением монографии Л. В. Тарасова «Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения» («Радио и связь», 1981). Для научных работников и инженеров, работающих в области лазерной техники, нелинейной оптики и смежных областях; может использоваться также преподавателями и студентами вузов, аспирантами.
Оглавление:
Прикладная нелинейная оптика: Генераторы второй гармоники и параметрические генераторы света — обложка книги.
Предисловие [3]
Глава 1. Нелинейная поляризация диэлектрика и нелинейно-оптические явления [5]
  1.1. Квадратичная и кубичная нелинейные поляризации [5]
    Поляризация диэлектрика [5]
    Вектор поляризации; материальное уравнение [6]
    Квадратичная и кубичная нелинейные поляризации [7]
    Кубично- и квадратично-нелинейные среды [9]
    Волновое уравнение для среды с нелинейной поляризацией [11]
  1.2. Нелинейные восприимчивости [12]
    Временная дисперсия линейной восприимчивости [12]
    Дисперсия нелинейных восприимчивостей [12]
    Общие свойства симметрии тензора квадратичной восприимчивости [14]
    Общие свойства симметрии тензора кубичной восприимчивости [15]
    Комплексные восприимчивости [16]
  1.3. Нелинейно-оптические явления [17]
    Вектор электрической напряженности поля световой волны [17]
    Явления, связанные с вещественной составляющей квадратичной восприимчивости [17]
    Явления, связанные с вещественной составляющей кубичной восприимчивости [20]
    Самовоздействие световой волны [21]
  1.4. Фазовый (волновой) синхронизм [22]
    Предварительные замечания [22]
    Интерференционная природа фазового синхронизма; кривая синхронизма [23]
    Длина когерентности [25]
    Резонанс и биения в колебательной системе [26]
    Фазовый синхронизм как пространственный резонанс [27]
    Список литературы [29]
Глава 2. Генерация второй оптической гармоники [31]
  2.1. Фазовый синхронизм в случае генерации второй гармоники [31]
    Элементы оптики одноосных кристаллов [31]
    Виды фазового синхронизма для генерации второй гармоники в одноосных кристаллах [33]
    Скалярный оое-синхронизм [35]
    Скалярный оее-синхронизм [36]
    Векторные синхронизмы [37]
  2.2. Укороченные уравнения для генерации второй гармоники в приближении плоских волн. Коэффициенты нелинейной связи [39]
    Упрощения: основное и дополнительные [40]
    Вывод укороченных уравнений для комплексных амплитуд [41]
    Система укороченных уравнений для вещественных амплитуд н обобщенной фазы [44]
    Конкретизация коэффициентов нелинейной связи [46]
    Конкретизация коэффициентов нелинейной связи на примере кристалла инобата лития [48]
    Замечания о максимизации коэффициентов нелинейной связи [50]
  2.3. Решение укороченных уравнений при точном соблюдении условия синхронизма [50]
    Укороченные уравнения в отсутствие дисперсии поглощения [50]
    Фазовый портрет процесса генерации второй гармоники при точном соблюдении условия фазового синхронизма [52]
    Замечания к фазовому портрету [55]
    Случай отсутствия второй гармоники на входе нелинейной среды [56]
    Общий случай [58]
    Учет поглощения [59]
  2.4. Решение укороченных уравнений при наличии волновой расстройки [59]
    Интегралы системы укороченных уравнений при наличии волновой расстройки в отсутствие затухания [59]
    Фазовый портрет процесса генерации второй гармоники при наличии волновой расстройки [61]
    Движение изображающей точки по прямолинейному участку сепаратрисы [62]
    Случай отсутствия второй гармоники на входе нелинейной среды [6З]
    Приближение заданного поля основного излучения [66]
    Плотность мощности второй гармоники. Коэффициент преобразования основного излучения во вторую гармонику [67]
    Кривая синхронизма [70]
  2.5. Генерация второй гармоники в расходящемся световом пучке (геометрооптическое приближение) [72]
    Световой пучок как набор парциальных лучей; геометрооптическое приближение [72]
    Угловые дисперсионные коэффициенты [74]
    Интегральный коэффициент преобразования основного излучения во вторую гармонику по мощности [75]
    Интегральный коэффицент преобразования во вторую гармонику в приближении заданного поля основного излучения [77]
    Нелинейный режим преобразования основного излучения во вторую гармонику [79]
  2.6. Генерация второй гармоники световыми импульсами (квазистатическое приближение) [83]
    Световые импульсы с плоским фронтом [83]
    Квазистатическое приближение [86]
    Графический метод определения мгновенного коэффициента преобразования по мощности [88]
    Приближение заданного поля основного излучения [89]
    Нелинейный режим генерации второй гармоники [90]
  2.7. Генерация второй гармоники в пространственно-модулированном пучке конечной апертуры (геометрооптическое приближение) [93]
    Световой пучок конечной апертуры и вторые производные амплитуд по поперечным координатам [93]
    Пространственно модулированный световой пучок в геометрооптическом приближении [95]
    Угол анизотропии [97]
    Диафрагменный апертурный эффект (оое-синхронизм) [98]
    Диафрагменный апертурный эффект (оее-синхронизм) [100]
    Геометрический метод расчета эффективности генерации второй гармоники с учетом диафрагменного апертурного эффекта [101]
    Учет диафрагменного апертурного эффекта в укороченных уравнениях (скалярный оое-синхронизм) [105]
    Влияние диафрагменного апертурного эффекта на эффективность генерации второй гармоники [108]
  2.8. Генерация второй гармоники в сфокусированном гауссовском пучке (приближение заданного поля основного излучения) [109]
    Общие замечания [109]
    Гауссовский пучок, сфокусированный в кристалл [110]
    Генерация второй гармоники при слабой фокусировке [113]
    Укороченные уравнения для генерации второй гармоники в сфокусированном гауссовском пучке в приближении заданного поля основного излучения [113]
    Метод Бойда—Клейнмана [114]
    Апертурная функция [118]
    Случай 90-градусного синхронизма [120]
    Влияние диафрагменного апертурного эффекта [122]
  2.9. Приближение заданной интенсивности основного излучения [123]
    Комплексная амплитуда поля второй гармоники в приближении заданной интенсивности [123]
    Вещественная амплитуда и фаза второй гармоники в приближении заданной интенсивности [124]
    Самовоздействие световой волны в квадратично-нелинейной среде [126]
    Нелинейная длина и длина когерентности [127]
    Эффективность преобразования во вторую гармонику при точном выполнении условия синхронизма [128]
    Список литературы [129]
Глава 3. Генерация второй оптической гармоники (некоторые специальные вопросы) [131]
  3.1. Генерация второй гармоники в линейно-неоднородной среде [131]
    Неоднородность дисперсионного двулучепреломления [131]
    Амплитуда и плотность мощности второй гармоники в приближении заданного ноля основного излучения [133]
    Пучок с амплитудой, пространственно модулированной функцией Гаусса [136]
    Поперечно-неоднородная среда [138]
    Продольно-неоднородная среда [141]
    О необходимости учета неоднородности двулучепреломления [143]
    Замечания о положительной роли неоднородности двулучепреломления [144]
  3.2. Генерация второй гармоники с учетом тепловых самовоздействий [145]
    Нелинейная тепловая расстройка и нелинейная рефракция [145]
    Основные допущения [147]
    Тепловая расстройка; критическая мощность самофокусировки [148]
    Уравнение теплопроводности [149]
    Система уравнений для генерации второй гармоники с учетом тепловых самовоздействий [151]
    Уравнение теплопроводности и средняя мощность излучения; параметры теплового самовоздействия [153]
    Идеальный тепловой контакт; дисперсия параметров теплового самовоздействия отсутствует [155]
    Замечания об оптимальной тепловой расстройке [557]
    Приближение заданного поля основного излучения [158]
    Нелинейный режим [161]
    Дисперсия параметров теплового самовоздействия при идеальном тепловом контакте [161]
    Неидеальный тепловой контакт; дисперсия параметров теплового самовоздействия отсутствует [164]
    Дисперсия параметров теплового самовоздействия при неидеальном тепловом контакте; гистерезисный характер кривой синхронизма [164]
    Генерация второй гармоники одиночными импульсами [167]
    О важности учета тепловых самовоздействий [168]
  3.3. Некоторые дополнительные факторы, ограничивающие эффективность генерации второй гармоники [169]
    Нелинейное поглощение [169]
    Учет нелинейного поглощения при рассмотрении генерации второй гармоники [170]
    Генерация свободных носителей [173]
    Фотопреломление (фоторефрактивный эффект) [173]
    Волновая расстройка, обусловленная фотопреломлением [175]
    Фазовый портрет процесса генерации второй гармоники при наличии фотопреломления; оптимальный режим [175]
  3.4. Генерация второй гармоники в нестационарном режиме [178]
    Эффект группового запаздывания импульсов; групповой синхронизм [178]
    Эффект дисперсионного расплывания импульсов [181]
    Укороченные уравнения [182]
    Дифференциальное уравнение для амплитуды спектра второй гармоники [183]
    Случай гауссовской формы импульса основного излучения; спектр второй гармоники [185]
    Амплитуда поля второй гармоники [188]
    Эффективность генерации второй гармоники [190]
    Замечания, связанные с учетом дифракции и двулучепреломления [191]
  3.5. Генерация второй гармоники многочастотным лазерным излучением [192]
    Удвоение и сложение частот основного излучения [192]
    Укороченные уравнения [193]
    Интенсивность второй гармоники [196]
    Несинхронизованные моды [199]
    Замечания о флуктуациях интенсивности второй гармоники [200]
    Синхронизованные моды [202]
    О частично синхронизованных модах [204]
  3.6. Некоторые замечания общего характера [204]
    Полная система укороченных уравнений для генерации второй гармоники [205]
    Пространственно-временная аналогия [207]
    Классические схемы [210]
    Схемы с цилиндрическими линзами [212]
    Схемы компенсации дисперсии синхронизма [215]
    Схемы с использованием последовательно расположенных нелинейных кристаллов [216]
    Многопроходовые схемы [220]
    Схема генерации четвертой гармоники [220]
    Генерация второй гармоники с использованием векторного синхронизма [221]
    Список литературы [222]
Глава 4. Внутрирезонаторная генерация второй гармоники [226]
  4.1. Введение [226]
    Лазеры с ВРГВГ [226]
    Нелинейная нагрузка резонатора [227]
    Оптимальный режим ВРГВГ [228]
    Режимы недопреобразования и пере-преобразования [229]
  4.2. Стационарная ВРГВГ [230]
    Схема лазера с ВРГВГ [230]
    Нелинейное зеркало [231]
    Условие стационарной генерации [232]
    Плотность мощности второй гармоники [234]
    Стационарная ВРГВГ в оптимальном режиме [236]
  4.3. Динамика лазеров с непрерывной накачкой [237]
    Скоростные уравнения [238]
    Линейная и квадратично-нелинейная нагрузка резонатора [240]
    Средняя нормированная выходная мощность [240]
    Периодический режим модуляции добротности (при мгновенном включении добротности) [242]
    Условие устойчивости периодического режима модуляции добротности [246]
    Линейная нагрузка в режиме модуляции добротности [247]
    Квадратично-нелинейная нагрузка в режиме модуляции добротности [248]
    Режим «обрывания импульса» [252]
    Режимы модуляции нагрузки [253]
  4.4. Оптические схемы твердотельных лазеров с ВРГВГ [255]
    Схемы с потерей обратной волны, использующие дихроичное зеркало [255]
    Схемы с потерей обратной волны, не использующие дихроичного зеркала [257]
    Схемы с возвратным зеркалом [258]
    Фокусировка основного излучения в нелинейный кристалл [260]
    Схемы с однонаправленной генерацией второй гармоники [260]
    Схемы ВРГВГ с каскадным удвоением частоты [261]
  4.5. Лазер с активно-нелинейной средой [262]
    Активно-нелинейные среды [263]
    Укороченные уравнения для лазера на АНС в стационарном режиме [263]
    Условие стационарной генерации [265]
    Коэффициент нелинейных потерь [266]
    Плотность выходной мощности излучения на основной частоте и на частоте второй гармоники [266]
  4.6. ВРГВГ в лазерах с импульсной накачкой и модуляцией добротности [268]
    Общие замечания [268]
    Вопросы теории режима ВРГВГ при импульсной накачке [269]
    ВРГВГ при точном выполнении условия синхронизма [271]
    Список литературы [273]
Глава 5. Параметрическая генерация света [277]
  5.1. Введение [277]
    Генераторы когерентного света с плавной перестройкой частоты [277]
    Трехчастотное параметрическое взаимодействие световых волн в нелинейной среде [278]
    Параметрические процессы в радиотехнике и в оптике [279]
    Параметрическая люминесценция, усиление, генерация [280]
    Способы перестройки частоты в ПГС [282]
  5.2. Фазовый синхронизм при трехчастотном параметрическом взаимодействии. Перестроечные характеристики [283]
    Виды фазового синхронизма в отрицательных одноосных кристаллах [283]
    Синхронизм вида оое [284]
    Параметрическая люминесценция при векторном оое-синхронизме [286]
    Синхронизм вида оее-или еое [287]
    Перестроечные характеристики [289]
  5.3. Параметрическое усиление [291]
    Укороченные уравнения для трехчастотного параметрического взаимодействия в приближении плоских волн [291]
    Интегралы системы укороченных уравнений; интегральные соотношения Мэнли—Роу [292]
    Укороченные уравнения в приближении заданного поля накачки [293]
    Решение укороченных уравнений в приближении заданного поля накачки в отсутствие волновой расстройки [293]
    Условие усиления [295]
    Решение укороченных уравнений в приближении заданного поля накачки при наличии волновой расстройки [296]
    Решение укороченных уравнений в нелинейном режиме для субгармоники [298]
    Полная система укороченных уравнений для трехчастотного параметрического взаимодействия [299]
  5.4. Параметрическая генерация субгармоники при непрерывной накачке [299]
    Общие замечания; переходные и стационарные процессы в ПГС [299]
    Переходные процессы в приближении заданного поля накачки; условие самовозбуждения субгармоники [300]
    Метод последовательных шагов [302]
    Стационарный нелинейный режим; условие стационарной генерации субгармоники [303]
    Уравнение для определения стационарных амплитуд субгармоники [305]
    Коэффициент преобразования в субгармонику [306]
  5.5. Параметрическая генерация при импульсной накачке [307]
    Развитие процесса генерации субгармоники в приближении заданного поля накачки [307]
    Нестационарность процессов в ПГС при импульсной накачке; квазистационарный режим [309]
    Математическая модель ПГС, работающего в квазистационарном режиме [311]
    Вырожденный по частоте ДПГС при однородном поперечном распределении поля накачки [312]
  5.6. Оптические схемы ПГС [314]
    Классические схемы ПГС [314]
    Условие самовозбуждения [315]
    Пороговая плотность мощности накачки [317]
    Кластерная структура спектра двухрезонаторного ПГС [318]
    Схемы ПГС с возвратным зеркалом [319]
    Схемы, позволяющие устранить нелинейные потерн на регенерацию волны накачки [320]
    Схемы однорезонаторных ПГС [321]
    Безрезонаторный ПГС [322]
    Призменные ПГС [323]
  5.7. Некоторые специальные вопросы параметрической генерации света [323]
    ПГС обратной волны [323]
    Параметрическая генерация в пикосекундном диапазоне длительностей импульсов (накачка ультракороткими импульсами) [326]
    ПГС с инжекцией излучения на частоте резонирующей волны [329]
    ПГС с неустойчивым резонатором [331]
    Список литературы [333]
Приложение:
  Нелинейные кристаллы для генерации гармоник и параметрической генерации света [337]
  Требования, предъявляемые к нелинейным кристаллам [337]
  Систематизация и свойства нелинейных кристаллов [337]
  Угловые, температурные и спектральные дисперсионные коэффициенты [342]
  Рекомендации по выбору нелинейных кристаллов [343]
  Список литературы [346]
Предметный указатель [346]
Формат: djvu
Размер:3133322 байт
Язык:РУС
Рейтинг: 338 Рейтинг
Открыть: