Transcript ВКР генерация антистоксового излучения в условиях

Нестационарная генерация
антистоксового излучения ВКР в
газовых и кристаллических средах при
выполнении условий фазового
квазисинхронизма.
Н. С. Макаров, научный руководитель — к.
ф. м. н. Беспалов В. Г.
Предложены новые методы генерации антистоксового
излучения вынужденного комбинационного рассеяния
в средах с изменяемыми параметрами нелинейности
третьего порядка ((3)) вдоль продольной координаты.
Численными методами определены условия создания
фазового квазисинхронизма в различных средах и
достижения
максимальной
эффективности
преобразования
в
антистоксовую
компоненту
вынужденного рассеяния. Исследована зависимость
коэффициента преобразования энергии из волны
накачки в антистоксовую волну от соотношения
интенсивностей волн накачки и Стокса на входе в
среду.
Получены
модели
сред,
в
которых
эффективность генерации антистоксового излучения
превосходит 30%. Результаты исследования могут
использоваться для создания новых эффективных
нелинейно-оптических
устройств,
повышающих
частоту лазерного излучения.
Фазовый квазисинхронизм при генерации
второй гармоники..
Условия фазового квазисинхронизма при
ВКР генерации антистоксового излучения.
Система дифференциальных уравнений для
комплексных амплитуд
взаимодействующих волн Aj:
 – волновая расстройка, g –
коэффициент стационарного ВКР
усиления, i – частоты
взаимодействующих волн.
В этой системе волновая расстройка и
коэффициент стационарного ВКР усиления
являются ступенчатыми функциями
координаты для нелинейных ((3)0) и
линейных ((3)=0) слоев.
Зависимость эффективности генерации
антистоксового ВКР излучения от
соотношения входных интенсивностей
волн накачки и Стокса.
Водород,  = 3.84 рад/см, g = 3.0 см/ГВт.
Значение
оптимального
соотношения
зависит от волновой расстройки и
коэффициента
стационарного
ВКР
усиления. С ростом волновой расстройки
оно растет, с ростом коэффициента
стационарного ВКР усиления - убывает при
малых значениях волновой расстройки и
возрастает при больших.
Фазовый квазисинхронизм при ВКР в
водороде.
1 - фазовый квазисинхронизм, 2 - простая
фокусировка в среду, 3 - фазовый
синхронизм
 = 3.84 рад/см, g = 3.0 см/ГВт, Is(0) = 0.002
ГВт/см2, эффективность = 30%.
Зависимость длин активных и пассивных
слоев от номера слоя.
1,4
1,2
1
L, cm 0,8
H2
0,6
0,4
0,2
0
10
20
30
40
50
60
zone, ed
Lact
Lpass
0,028
0,026
0,024
0,022
L, cm 0,02
Ba(NO3)2
0,018
0,016
0,014
0,012
0
10
20
30
40
zone, ed
Lact
Lpass
50
60
Зависимость характеристических длин
слоев от волновой расстройки.
1
0,5
0
log L, log cm -0,5
-1
-1,5
-2
0
50
100
150
delta, rad/cm
ln act
ln pass
Исследования показали, что эта
зависимость может быть выражена
уравнением L = 3.9213-1.044
Установлено, что с увеличением волновой
расстройки структура становится более
периодической.
Нестационарная система
дифференциальных уравнений для
комплексных амплитуд
взаимодействующих волн Aj:
Т2 — время дефазировки молекулы, q —
комплексная фононная волна.
Условие сильной нестационарности:
имп<< Т2
Учет слабой нестационарности при ВКР
генерации антистоксового излучения в
водороде (Т2=0.203 нс,имп=10 нс).
Учет сильной нестационарности при ВКР
генерации антистоксового излучения в
водороде (Т2=0.203 нс,имп=25 пс).
Выводы
Проведенное исследование показало возможность ВКР генерации
антистоксового излучения в средах с изменяемыми параметрами
нелинейности третьего порядка ((3)) вдоль продольной координаты
в условиях фазового квазисинхронизма. Установлено, что для любой
комбинационно-активной среды существует оптимальное соотношение
начальных интенсивностей волн Стокса и накачки, при котором
достигается максимальная эффективность антистоксового ВКР
преобразования. Показано, что эффективность антистоксового ВКР
преобразования в условиях фазового квазисинхронизма выше в средах с
большими значениями комбинационного сдвига частот. Определено,
что максимальная эффективность антистоксового ВКР преобразования
в условиях фазового квазисинхронизма (35%) много больше
эффективности
преобразования
при
простой
фокусировке
в комбинационно-активную среду (6%) и приближается к
эффективности преобразования в условиях фазового синхронизма
(50%). Выявлено, что структура среды, состоящая из активных и
пассивных слоев и обеспечивающая квазисинхронизм, апериодична, и
определены зависимости длин активных и пассивных слоев от номера
зоны. Установлено существование критической интенсивности волны
накачки, при превышении которой максимальная эффективность
антистоксового ВКР преобразования существенно снижается.
Показано, что нестационарность не оказывает существенного влияния
на реализацию условий фазового квазисинхронизма, но приводит к
уменьшению эффективности антистоксового ВКР преобразования. При
этом сильная нестационарность не позволяет создать условия фазового
квазисинхронизма. Полученные результаты численного моделирования
указывают возможные пути повышения эффективности антистоксового
ВКР преобразования и открывают перспективы создания новых
эффективных нелинейно-оптических устройств, повышающих частоту
лазерного излучения.