Многолучевое отражение световых волн в анизотропных кристаллах Повх, Ирина Владимировна

Введение к работе

Актуальность исследования

В настоящее время в связи с быстрым развитием оптического приборостроения, оптической связи, записи и обработки оптической информации необходимы дальнейшие исследования в оптике и создание наэтой ocHotee товых.Приборов с улучшенными характеристиками. Для оптической связ^і, квантовой электроники-важны оптические системы разделе-.. -ния лазерного луча на несколько.лучей,-а,также системы объединения нескольких оптических лучей, вродин луч. Такие устройства обычно изготавливаются"'на^: основе' призм, вырезанных из двулучепреломляющих ^; кристаллов. Для_получениями,,объединения множества лучей исполь-зуется не^одна^ачаще всего последовательно несколько призм. Ниже показано, что для данной цепи целесообразно использовать призмы, в которых проявляется .эффект четырехлучеотражения, обнаруженный и исследованный в кристаллах иодата лития Л.В. Алексеевой' и автором диссертации. Перспективы использования таких призм связаны с воз- ^: можностью получения, в принципе, достаточно большого числа лучей при отражении одного луча. В связи с этим исследований таких' систем -не только на кристалле иодата лития, но и на других кристаллах - положительных и отрицательных-являются актуальными.

С другой стороны, многолучевое рождение лучей проявляется и в нелинейной оптике. В случае, когда условия фазового синхронизма для взаимодействующих в кристалле волн не выполнены, гармоника* рождается в виде двух волн - свободной и вынужденной. Если для генерации гармоник используется призма полного отражения, то за счет реализации нескольких типов взаимодействий (оо-»е, оо-»о, ее->о, ее-»е, ёо->о, ео-»е) возможна генерация 10 и более лучей:

Отметим, что несинхронная генерация гармоник широко использует
ся, например, при измерении длительности сверхкоротких импульбов
света, .как инструмент; исследования поверхности оптических кристал
лов, полупроводников и металлов и для других целей. ''

В случае, когда условия фазового синхронизма выполнены, множественное рождение лучей реализуется за счет смешения падающего из- . лучения с частотой ю с частично рассеянным падающим излучением также с частотой о. Рождается «векторная» гармоника на частоте 2ш. Лучи (2ш) распространяются из области рассеяния излучения с частотой ю по образующим конуса.

В связи с этим исследования многолучевого рождения гармоник И' . влияния сопутствующих эффектов (рассеяния, поглощения.'-величины'& двулучепреломления) являются актуальными, так как позволяют получить новую научную информацию и создать на её основе новые оптические приборы с уникальными характеристиками.

Настоящая диссертационная работа обобщает результаты научных работ автора в вышеперечисленных областях оптики.

Работа в ряде случаев выполнялась совместно с соавторами. В этих случаях результаты исследований только упоминаются или приводятся частично только те результаты, в которых автор принимал непосредственное участие.

Цель и задачи работы

Целью работы являются исследования закономерностей и особенностей множественного рождения лучей и влияния сопутствующих процессов при полном отражении излучения в призмах и при генерации оптических гармоник в оптических кристаллах.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Ранее обнаруженный в кристаллах иодата лития эффект четырех-лучеотражения исследован в положительном кристалле парателлурита и в отрицательном - кальцита.

2. Предложена и реализована графическая методика расчета углов отражения при четырехлучеотражении, когда показатель преломления зависит от угла отражения.

3. Рассчитаны зависимости углов отражения от угла падения, поляризации падающего излучения и положения оптической оси в кристалле.

4. Определена дисперсия углов отражения для кристалла кальцита в области длин волн 0,2-г2,14.мкм.

5. Графически исследована зависимость интенсивности генерации гармоник от величины разности показателей преломления для основного излучения и гармоники. Записаны полезные соотношения.

'6. Выявлена роль поглощения при разделении свободной и вынужденной гармоник.

7. Рассчитаны углы отражения для второй оптической гармоники, возбуждаемой в призме для разных типов взаимодействия.

8. Проведены экспериментальные и теоретические исследования разделения свободной и вынужденной волн на частоте со₃ = сої + в>₂.

9. Показана возможность эффективного использования рассеянного излучения при регистрации коноскопических картин и генерации оптиче-

/.:: ских гармоник.

' 10. Экспериментально исследовано рассеяние второй оптической

гармоники в кристаллах в случае, когда условия фазового согласования

волн не выполнены.

Связь с государственными программами и НИР

Диссертационная работа связана с научно-исследовательской гос
бюджетной темой МПС РФ «Анизотропное-отражение света в~оптиче-
ских кристаллах», выполняемой на кафедре «Физика» ДВГУПС.

Научная новизна работы

Научная новизна работы состоит в том, что получены следующие новые научные результаты.

1. Выявлены новые закономерности четырехлучеотражения в кристаллах парателлурита и кальцита.

2. Подтверждено, что эффект четырехлучеотражения присущ всем двулучепреломляющим кристаллам. , » г

3. Предложенная графическая методика расчета углов отражения позволила выявить сильную зависимость углов отражения от углов падения.

4. Показано теоретически и подтверждена экспериментально возможность управления интенсивностью отраженных лучей при четырех-лучеотражении за счет изменения поляризации падающего излучения.

5. В призмах полного отражения за счет разных типов взаимодействия рождается достаточно много свободных и вынужденных гармоник, идущих в разных направлениях.

6. Так же как для оптических гармоник, при смешении оптических частот (юз = ю-) + ш₂) возможно разделение свободной и вынужденной волн на частоте со₃-

7. Возможно эффективное использование рассеянного излучения при регистрации коноскопических фигур.

8. Метод регистрации векторных гармоник за счет использования рассеянного излучения, предложенный ранее другими авторами, позволил выявить ряд характерных закономерностей для взаимодействий типа ое->о, ое->е в кристаллах формиата лития.

Практическая значимость работы

Научные результаты, полученные в диссертации и используемые методы необходимы для создания новых оригинальных оптических приборов для цепей квантовой электроники, оптической связи, оптической вычислительной техники и систем записи и обработки информации.

Основные защищаемые положения

9. На кристаллах Те0₂ и СаСОз подтверждено ранее высказанное предположение о возможности наблюдения эффекта четырехлучеотражения в любых анизотропных кристаллах.

10. Угловое расстояние между лучами, выходящими из призмы при четырехлучеотражении резко увеличивается при увеличении угла падения и составляет для кристаллов Те0₂ величину примерно 5+9 градусов при угле падения 70.

11. Призмы полного отражения при наличии эффекта четырехлучеотражения позволяют совмещение лучей не только с ортогональными поляризациями, но и с одинаковыми.

4. Интенсивность второй оптической гармоники 1_2о при невыполнен
ных условиях фазового синхронизма (Д п * 0) квадратично зависит от
Д п, тоесть ..,'......:

І2ш (АП)² = COnst, . ...

где Дп - разность показателей преломления для второй гармоники и основного излучения. ,,.-.Г, .-..-1-4V

5. При смешении оптических частот (<а₃ = ю^ + со₂) при наклонном па
дении, лучей на плоскопараллельную пластину или призму происходит
разделение свободной и вынужденной волн на частоте юз-

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в ра
ботах [1+15] и докладывались автором: ;>,.:-!:[

1) на 41-й, 42-й, 43-й научных конференциях.ХГПУ, Хабаровск,ОІ995,
1996, 1997 гг.; ' >-. Ь '

^:;:2) научно практической конференции «Проблемы транспорта Даль
него Востока», Владивосток, 1995 г.; : v

3. 11-й Международной Вавиловской конференции по нелинейной оптике, Йовосибирск, 1997 г.;

4. 40-й научно-технической конференции «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока» ДВГУПС, Хабаровск, 1997 г.;

5. ICONO'98 16 international conference on coherent and nonlinear optics, Moscow, 1998; .,,,:.:':'.>-,- _;?:vriP»--,!t'< :': '

6) Международном симпозиуме (первые Самсоновские чтения)
«Принципы и процессы создания неорганических материалов», Хаба
ровск, 1998 г.;

7. Краевой научной конференции «Физика. Фундаментальные исследования, образование», Хабаровск, 1998 г.;

8. 41-й юбилейной научно-технической конференции «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока», Хабаровск, 1999 г.;

9) Всероссийской межвузовской научно-технической конференции
«Фундаментальные и прикладные вопросы физики и математики», Вла
дивосток, '1999 г.Т'' . -₍? V

10) First Asia-Pacific Conference "Fundamental problems of opto - and
microelectronics", Vladivostok, 2000.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ

Похожие диссертации на Многолучевое отражение световых волн в анизотропных кристаллах

Особенности анизотропной дифракции света на упругих волнах в кристаллах ниобата литияЮлаев Александр Николаевич

Самовоздействие и взаимодействие эллиптически поляризованных волн в кристаллах, жидкостях и жидких кристаллах, обладающих пространственной дисперсией оптического откликаМакаров, Владимир Анатольевич

Преобразование световых и ультразвуковых волн в кристаллах с электроиндуцированной анизотропией и гиротропиейКурилкина, Светлана Николаевна

Исследование невырожденных нормальных волн в кристаллах методами интерференции поляризованного света Чайка Михаил Олегович

Распространение электромагнитных волн в фотонных кристаллах и фотонно-кристаллических волноводах с нелинейными и анизотропными элементамиХромова Ирина Анатольевна

Когерентное излучение миллиметровых волн в нелинейных кристаллах, инициированное лазерами оптического даипазонаПогосян, Погос Степанович

Спектры электромагнитных и акустических волн в глобулярных фотонных кристаллахФилатов, Владимир Викторович

Дифракция и нелинейное преобразование частоты света в кристаллах в поле ультразвуковой волныХило, Петр Анатольевич

Комбинационное рассеяние света в кристаллах, как пример параметрического взаимодействия волн в средах с отрицательной дисперсиейШалаев, Михаил Игоревич

Комбинированное рассеяние света в кристаллах, как пример параметрического взаимодействия волн в средах с отрицательной дисперсиейШалаев Михаил Игоревич