Введение к работе
Актуальность темы
Для увеличения эффективности преобразования излучения в оптические гармоники, суммарные или разностные частоты используют фокусирование излучения в нелинейный оптический кристалл. Большое значение также имеет фокусирование излучения при преобразовании ИК излучения в видимую область спектра . При использовании монохроматической лазерной накачки фокусируют обычно пучки ИК излучения в кристалл , то есть создают изображение ИК объекта в кристалле. При использовании немонохроматической тепловой накачки фокусируют и излучение накачки.
В .случае оптимальной фокусировки излучения в кристалл расчеты эффективности преобразования во вторую гармонику выполнены количественно и проверены экспериментально. Однако при использовании фокусировки в системах преобразования широкополосного излучения и изображения теоретические расчеты практически не выполнены до сих пор. Проводились лишь теоретические оценки , основанные на интуитивном подходе и на некоторых экспериментальных данных. При фокусировании широкополосного излучения в нелинейный оптический кристалл сущест-зенную роль играет большое число комбинаций пересекающихся под различными углами лучей (векторные взаимодействия) и комбинаций большого числа лучей с разными частотами {перекрестные частотные взаимодействия). Вклад тех и других взаимодействий в эффективность преобразования является определяющим.
Отметим, что при фокусировании монохроматического излучения расчеты, в основном, сводятся к определению увеличения эффективности преобразования, которое в реальных экспериментах достигает трех по-эядков.
В случае немонохроматического излучения теоретические расчеты становятся значительно сложнее, так как необходим учет взаимодействия многих частотных компонент, расположенных к тому же под разными уг-пами к оси пучка фокусируемого излучения. Возникает вопрос о спектре преобразованного излучения, который зависит не только от исходных ;пектров смешиваемых излучений, но и от условий эксперимента - поло-кения оптического кристалла относительно используемых пучков излуче--1ИЯ, степени фокусирования излучения, ориентации направления вектора поляризации пучков, формы используемых диафрагм и других факторов. Совокупность теоретических и экспериментальных результатов в этом направлении необходима при создании "нелинейных" тепловизоров - преобразователей изображения в нелинейных оптических кристаллах из ИК обпасти в видимую.
,?
В связи с этим теоретический анализ особенностей векторных преоб разовании при взаимодействии широкополосных световых волн в нели нейных оптических кристаллах является аюуальным и требует система тических теоретических и экспериментальных исследований.
Цель и задачи работы
Целью работы является исследование закономерностей преобразова ния по частоте немонохроматического ИК излучения, сфокусированного і нелинейный оптический кристалл, с использованием накачки от обычны: тепловых источников излучения или накачки в виде некогерентного ла зерного излучения.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены еле дующие задачи.
-
Рассчитаны спектры преобразованного широкополосного излучени: в кристаллах Lil03 и КТР для несфокусированных (коллинеарных) пучко излучения.
-
Рассчитаны спектры преобразованного широкополосного излучени: в Lil03 и КТР, при фокусировании излучения в кристалл.
-
Исследовано влияние поляризации излучения смешиваемых пучко на спектр преобразованного широкополосного излучения.
4. Исследовано влияние угловой апертуры пучка и кольцевых диг
. фрагм, вырезающих различные угловые зоны из пучка, на спектр, преоС
разованного в кристаллах широкополосного излучения.
-
Изучена возможность использования в системах преобразования ИІ изображения накачки в виде некогерентного расходящегося или сходящє гося лазерного излучения.
-
Рассмотрены спектры преобразованного ИК излучения с накачкой о отдельного теплового источника.
-
Проанализированы векторные взаимодействия в кристалле КТР.
-
Проведены экспериментальные исследования спектров преобразо ванного излучения в кристаллах LiJ03 и КТР.
Методы исследования
Для достижения поставленной цели использованы теоретические і .экспериментальные методы исследования (фотоэлектрический, фотогра фическая и визуальная регистрация пространственно-угловых и спеу тральных характеристик преобразованного ИК излучения и изображения)
Научная новизна работы
В диссертационной работе впервые проведено детальное изучение за-ономерностей преобразования сфокусированного широкополосного изучения с некогерентной расходящейся накачкой. .
-
Впервые проведен детальный расчет и анализ спектров преобразо-іанного ЙК излучения , сфокусированного в нелинейный оптический кри-:талл.
-
Выявлено влияние направления поляризации пучков накачки и ИК ізлучения на форму спектра преобразованного излучения, что позволяет 'правлять спектром преобразованного излучения.
-
Впервые показано, что на спектр преобразованного излучения в :ильной степени влияют угловая апертура пучков, диафрагмы (различной шфигурации), перекрывающие различные части сфокусированного в ;ристалл пучка. Такое влияние делает возможным изменение спектраль-ю-угловой структуры излучения по желанию оператора.
-
Установлено, что значительный вклад в спектр вносят векторные ізаимодействия световых волн несимметричных по углу падения относи-ельно волнового вектора преобразованного излучения.
-
Обнаружено, что схема преобразования ИК излучения и изображе-іия с использованием в качестве накачки сфокусированного некогерент-юго лазерного излучения обладает высокой эффективностью, позволяет іереводить в видимую область широкий спектр.
-
Впервые рассчитаны спектры преобразованного излучения с неко-ерентной лазерной сильно сфокусированной накачкой.
-
Впервые реализован новый метод исследования векторных взаимо-іействий за счет дополнительного рассеяния части лазерного излучения а полупрозрачной диафрагме. Это позволило использовать излучение на -гЗ порядка меньшей мощности по сравнению с мощностью излучения в же используемых методиках.
-
Найдены новые особенности в векторных взаимодействиях световых олн в кристалле КТР.
Практическая ценность
Все используемые методы и полученные в диссертационной работе аучные результаты служат основой для создания новой инфракрасной ехники, применяемой для визуального наблюдения ИК излучения и изо-ражения, а также для неразрушающих исследований и контроля .
Апробация результатов
Основные результаты исследований опубликованы в работах [1-12] і автором докладывались:
-
на Международной научной конференции молодых ученых Сибири Дальнего Востока "Молодежь и наука регионам", Хабаровск, 1997 г.;
-
11-й Международной Вавиловской конференции по нелинейной ог тике, Новосибирск, 1997 г.;
-
2-й Международной конференции "Проблемы транспорта Дальней Востока", Владивосток, 1997 г.;
-
школе-семинаре "Люминесценция и сопутствующие явления", Ир кутск, 1997 г.; ,
-
научно-технической конференции Дальневосточного государственнс го университета путей сообщения, Хабаровск, 1997 г.;
-
42-й и 43-й научных конференциях, Хабаровский государственны педагогический университет, Хабаровск, 1996 и 1997 г.;
-
региональном научно-практическом семинаре "Новые информациоь ные технологии в управлении на транспорте и организации учебного прс цесса", Хабаровск, Дальневосточный государственный университет путе сообщения, Хабаровск, 1997 г.
Структура и объем работы
