Резонансное самовоздействие лазерных пучков в нелинейной спектроскопии Пластун, Инна Львовна

Введение к работе

Актуальность темы: Развитие радиоспектроскопии, а затем квантовой электроники и лазерной спектроскопии сделало актуальной проблему резонансного взаимодействия мощного излучения с квантовой системой, имеющей конечное число дискретных уровней энергии. Такие взаимодействия реализуются во всех квантовых генераторах излучения, в нелинейных спектроскопических экспериментах, в оптических стандартах частоты, представляют большой интерес для лазерного разделения изотопов, эффективного преобразования частот лазерного излучения и ряда других практических применений лазеров.

Как правило, проблему взаимодействия излучения с веществом
разделяют на две части. Одна из них связана с распространением
волн в среде * (феноменологическая волновая оптика). Вторая вклю
чает в себя исследования элементарных актов взаимодействия поля
с атомами и молекулами среды (атомная и молекулярная спектроско
пия, молекулярная оптика). Это разделение проходит как в линей
ной, так и в нелинейной оптике, исключая лишь нелинейные коопе
ративные явления, где участвуют атомы, удаленные друг от друга
на макроскопические расстояния, соизмеримые с длиной волны, и
где процесс распространения волн и элементарные акты взаимодейс
твия не могут рассматриваться по отдельности (сверхизлучение
Дикке, фотонное эхо и т.п.). Математическим выражением указанно
го разделения являются волновые уравнения для распространяющихся
в среде полей, содержащие локальные характеристики среды - вос
приимчивости, несущие информацию об энергетических уровнях и
состояниях образующих среду частиц. Эта информация составляет
предмет атомной (молекулярной) спектроскопии в общепринятом
смысле.

Воздействие интенсивного резонансного излучения на квантовую систему исследуется с момента зарождения нелинейной оптики. Значительная часть этих исследований посвящена частотным изменениям, возникающим в системе, и составляет предмет нелинейной лазерной спектроскопии. Наивысший подьем интереса к проблемам ла-

х х зерной спектроскопии характерен для периода 60 - 70 годов. В

это время в литературе описан ряд спектральных эффектов, вызванных резонансным лазерным излучением (сдвиг и полевое расщепление

случае трехуровневой квантовой системы.

3. Исследование зависимости спектра пропускания лазерного
излучения от исходного профиля пучка, от начального радиуса
пучка накачки, а также от положения регистрирующего приемника
излучения.

4. Разработка численного метода для расчета распространения
лазерных пучков с нарушением аксиальной симметрии.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые классические эффекты нелинейной спектроскопии (динамический эффект Штарка в двухуровневой системе, эффект Аутлера-Таунса в трехуровневой системе) теоретически и с помощью численного моделирования исследованы в случае ограниченных световых пучков и длинных оптических трасс.

2. Установлено, что форма линии в спектре пропускания нелинейной среды с насыщением поглощения и дисперсии существенно зависит от радиусов и интенсивностей взаимодействующих пучков, размеров и положения приемника излучения.

3. Впервые обнаружено явление нелинейных наведенных линз сложного профиля и проведено детальное численное исследование механизма их формирования за счет конкуренции насыщения заселенностей и штарковского сдвига.

4. Развит новый подход к проблеме распространения в резо
нансных средах лазерных пучков с нарушением аксиальной симмет
рии, основанный на использовании векторного потенциала.

і Практическая значимость работы:

4. Проведенные расчеты позволяют оценить влияние эффектов самовоздействия пучка в экспериментах нелинейной лазерной спектроскопии на. протяженных трассах. Использование в ходе исследований безразмерных' величин позволяет применять эти оценки в широком диапазоне лазерных мощностей и параметров нелинейной среды путем соответствующего масштабирования.

5. Разработанные программы н алгоритмы при минимальной модификации непосредственно пригодны для расчета пучков произвольно заданной формы в среде с любой заданной восприимчивостью, в соответствии с потребностями эсперимента.

3. Обнаруженные в работе спектроскопические проявления сложных
наведенных линз позволяют предлжить способ их спектроскопической

1. Всесоюзная научная студенческая конференция по физической
оптике. Томск, 1989.

2. Всесоюзное совещание - семинар "Солитоны; нелинейная

вычислительная и волоконная оптика." Алушта, 1990. th

3. 10 International Symposium and School on High - Resolution

Molecular Spectroscopy. Omsk, Russia. 1991. st

4. I International Conference on Education in Optics.

Leningrad, Russia. 1991.

5. XI Симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Томск, Россия. 1992.

6. 8 International Workshop on Nonlinear Evolution Equations and Dynamical Systems (NEEDS'92)l Dubna, Russia. 1992.

7. International Workshop on Computer Simulation in Nonlinear Optics (CSNO). Moscow, Russia. 1993.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, список

которых приведен в конце автореферата.

Структура и обьем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы из 157 наименований . Общий обьем - 154 страницы текста, иллюстрированного 25 рисунками.