Введение к работе
Актуальность теш
Важную роль в физике нелинейных взаимодействий излучений с веществом играют простые точно решаемые модели, позволяющие качественно, а иногда и количественно описывать нелинейные явления. Особое значение такие модели приобретают для описания процессов нелинейного смешения частот в газообразных средах, когда резонансный характер взаимодействия сопровождается не только увеличением нелинейных восприимчивостей, но и резонансными процессами поглощения волн, а также многофотонной ионизацией атомов. При этом определение предельно допустимых условий преобразований необходимо сразу производить вне рамок приближения неизменности волн при распространении в среде. Наиболее просто это мокно сделать в модели двух взаимнопреобразукщихся (связанных) волн. Однако даже в этой простейшей модели анализ отнюдь непрост, так как при учете поглощения число независимых величин увеличивается. Кроме тривиального введения соответствующих показателей поглощения необходимо еще учитывать и взаимосогласованность поглощений различных излучений.
Указанные трудности вызывают потребность в развитии общего наглядного подхода для анализа взаимодействия и преобразования двух затухающих волн, который позволил бы без конкретизации нелинейного процесса дать классификацию всех возможных случаев преобразования, указать принципиально независимые параметры, а также выделить области оптимального преобразования.
Модель двух связанных волн применима и при исследовании усиления излучений в безынверсных средах. Данный эффект, обусловленный различием спектральных коэффициентов Эйнштейна для
стимулированного испускания и поглощения, может проявлятся. например, в автоионизационшх резонансах и использоваться для генерации коротковолновых излучений. При этом на сегодня недостаточно полно исследовано влияние процессов нелинейного смешения частот на условия безшверсного усиления связанных волн. Такой ке малоизученной, но важной для анализа экспериментальных данных остается зависимость безынверсного усиления от оптической толщины среды.
Решение вопросов в рамках поставленных выше' проблем легло в основу данной работы, чем и определило ее актуальность.
Цель диссертационной работы
Исследовать условия эффективного преобразования и усиления двух связанных волн в безынверсных резонансных средах.
Задачи исследования
1. Развитие наглядного метода для описания взаимодействия и
преобразования двух затухающих волн, который позволил бы без
конкретизации нелинейного процесса классифицировать все возможные
режимы преобразования, а также выделить области оптимального
преобразования.
2. Определение условий одновременного усиления двух
коротковолновых излучений, связанных четырехфотоныым нелинейным
процессом в безынверсной среде.
3. Анализ влияния пространственных эффектов на безынверсное
усиление слабого (пробного) излучения на двухуровневых атомах в
присутствии мощного излучения накачки.
Научная новизна
1. Развит и обоснован четырехмерный векторный формализм, позволящии с единой точки зрения описывать различные случаи преобразования волн.
-
Проведен анализ преобразования излучений в зависимости от их фазовых соотношений на входе среда.
-
Найдены общие услоьия безынверсного усиления двух связанных волн в процессах нелинейного смешения частот.
4. Определены условия оптически тонких сред в процессах
безынверсного усиления пробного поля на двухуровневых атомах в
присутствии мощного излучения накачки.
Практическая ценность
Предложенный в работе векторный формализм может быть использован для решения широкого класса конкретных задач нелинейной оптики. В качестве таких применений рассмотрены процессы нелинейного преобразования ИК сигналов в видимый диапазон и сложение частот на переходах в сплошной спектр (континуум). При исследовании бвзьшверсного усиления на двухуровневых атсмах в случае точного резонанса излучения накачки получено аналитическое выражение для коэффициента усиления пробного поля, а также проанализированы условия, при которых возможно экспериментальное наблюдение новых эффектов, предсказанных в рамках рассмотренной модели.
Зе^ЩОеШа ПОЛ02ЄНЛЯ
1. Четырехмерное векторное описание взаимодействия и
преобразования двух затухающих волн. Классификация на основе
векторного подхода возмояных режимов преобразования и
определение принципиально независимых параметров.
-
Зависимость коэффициента преобразования волн от их фазовых соотношений на входе среда. Инвариантность процессов преобразования . относительно преобразований группы Лоренца в эффективном пространстве.
-
Вывод об отсутствии одновременного усиления двух связанных
волн в процессах нелинейного смешения частот в средах без инверсии населенностей как при стационарной, так и импульсной накачках.
і. Критерии выполнения приближения оптически гонких сред в безынверсном усилении и генерации двух связанных волн в двухуровневой среде в присутствии резонансного излучения накачки. Возможность безынверсного усиления пробной волны вблизи центра линии за счет эффектов пространственного взаимопреобразования волн.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях физического факультета Красноярского государственного университета в рамках дней физики, "ДФ'89,91" (Красноярск, 1989, 1991); Laser Interactions Conference -Crete'93, "LIC-C* (Heracllon, Crete, Greece, 1993); 15th International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, "ICONO'95" (St.Peterburg, Russia, 1995); First Russian-Chinese Seminar on Laser Physics and Laser Technology (Krasnoyarsk. Russia, 1993); Second Chinese-Russian Symposium on Laser Physics and Laser Technology (Harbin, China, 1995); Third Russian-Chinese Symposium on Laser Physics and. Laser Technology (Krasnoyarsk, Russia, 1996); а также на научных семинарах кафедры физики Красноярского аграрного университета, кафедры квантовой электроники Красноярского государственного университета, лаборатории лазерной техники и технологии Красноярского технического университета, физического факультета Красноярского государственного университета и лаборатории математических задач лазерной физики Красноярского вычислительного центра.
Публикации
Результаты диссертации опубликованы в 4 печатных работах,
- б -
перечень которых приеден в конце автореферата.
Структура и объем диссертация
1-абота состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 94 страшиш, включая 7 риеуій.ов. Список литература содержит 123 'наименования.
