фазовый синхронизм

ФАЗОВЫЙ СИНХРОНИЗМ (волновой синхронизм) п р и н е л и н е й н о м в з а и м о д е й с т в и и в о л н - условие наиб. эффективного энергообмена между собственной и вынуждающей волнами среды, имеющими одинаковые частоты. Напр., в нелинейной оптике вынуждающей волной может быть волна нелинейной поляризации. Условие Ф. с. выражается равенством волнового вектора k собств. волны среды волновому вектору k_в вынуждающей волны (k=k_в) . Разность волновых векторов Dk=k-k_в наз. фазовой (волновой) расстройкой. Нелинейные взаимодействия волн, происходящие при наличии Ф. с. (Dk=0), принято называть синхронными (см. Синхронизм).

При синхронных взаимодействиях реализуются накапливающиеся нелинейные взаимодействия, в результате к-рых энергия одной интенсивной волны может быть полностью преобразована в энергию первоначально слабых волн др. частот (см. Нелинейная оптика).

В случае трёхволновых взаимодействий, напр, при генерации суммарной (разностной) частоты , волновой вектор вынуждающей волны , где k_j-волновой вектор волны с частотой Если волновые векторы k, k₁ и k₂ имеют одно направление, реализуется коллинеарный Ф. с. При несовпадающих направлениях волновых векторов условие Ф. с. наз. некол-линеарным.

В реальных диспергирующих средах условие Ф. с. может быть выполнено в изотропных средах только в области аномальной дисперсии, а в анизотропных средах - и в области нормальной дисперсии. Рассмотрим в качестве примера генерацию второй гармоники w₂=2w₁ . Учитывая, что

где u(w_j)-фазовая скорость, условие Ф. с. можно представить в виде следующих соотношений:

В области нормальной дисперсии величина показателя преломления увеличивается с ростом частоты, т. е. для изотропных сред условие (*)- не выполняется, но оно выполняется в области аномальной дисперсии. В анизотропных средах условие (*) может быть выполнено и в области нормальной дисперсии в случае взаимодействия волн разл. поляризаций. Хотя при этом всегда и (индексы о и е относятся соответственно к обыкновенной и необыкновенной волнам), однако при не слишком малых параметрах анизотропии возможно (отрицат. кристаллы) или (положит, кристаллы). В отрицат. нелинейном кристалле KDP условие Ф. с. при генерации второй гармоники выполняется при взаимодействии вида

или

.

Подобные соотношения можно записать для др. типов трёхчастотных взаимодействий.

В случае четырёхволновых взаимодействий возможности выполнения условия Ф. с. более разнообразны по сравнению с трёхволновыми взаимодействиями. В общем случае это условие имеет вид при генерации частоты В случае вырожденного четырёхчастотного взаимодействия условие Ф. с. принимает вид . Синхронные че-тырёхволновые взаимодействия в анизотропных средах могут быть реализованы в области нормальной дисперсии для волн разл. поляризаций.

В нелинейных средах с периодич. модуляцией линейной или нелинейной восприимчивости могут быть реализованы т. н. квазисинхронные взаимодействия; в них фазовая расстройка Dk компенсируется за счёт модуляции вектора обратной решётки. Это расширяет класс нелинейных кристаллов, к-рые можно использовать для реализации эфф. нелинейных взаимодействий волн.

Лит. см. при статьях Синхронизм, Нелинейная оптика.

А. С. Чиркин.

   <<      Предметный указатель      >>