Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма Научный руководитель: В. Г. Беспалов, Государственный Оптический. - презентация

1 Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма Научный руководитель: В. Г. Беспалов, Государственный Оптический Институт имени С. И. Вавилова Н. С. Макаров, Санкт-Петербургский Институт Точной Механики и Оптики (Технический Университет) гр. 638, каф. КТ, фак. ИТиП

2 Содержание доклада Тезисы Принцип фазового квазисинхронизма Система уравнений ВКР Результаты моделирования ВКР с учетом дифракционных эффектов Выводы Список литературы Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002 Макаров Н.С., В.Г.,

3 Макаров Н.С., В.Г., Тезисы Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002 Методами численного моделирования исследовано влияние дифракционных эффектов (числа Френеля F активного волновода и фокусировки) на реализацию условий фазового квазисинхронизма при вынужденном комбинационном рассеянии. При увеличении F эффективность антистоксового ВКР-преобразования возрастает и достигает своего максимального значения при F=3, после чего практически не изменяется. Эффективность антистоксового ВКР-преобразования максимальна при фокусировке гауссова пучка внутрь ВКР-активной среды. Н. Бломбергеном в 1962 году [1] было предложено использовать среды с периодически изменяемыми параметрами нелинейности второго порядка ( (2) ) для повышения эффективности генерации второй гармоники лазерного излучения путем реализации фазового квазисинхронизма. Впоследствии эта идея была экспериментально реализована [2], и в настоящее время широко используется для преобразования частоты лазерного излучения [3]. В [4, 5] предложено использовать аналогичный подход для повышения эффективности генерации антистоксового излучения ВКР в среде с изменяемыми параметрами нелинейности третьего порядка ( (3) ) вдоль продольной координаты. Данная работа посвящена изучению влияния дифракционных эффектов на реализацию условий фазового квазисинхронизма при многоволновом ВКР. В процессе моделирования считалось, что ВКР-активная среда находится на расстоянии L от источника излучения, т.е. прежде чем попасть в ВКР-активную среду, пучки проходят расстояние L в линейной среде. Численное моделирование ВКР в условиях фазового квазисинхронизма в водороде и нитрате бария показало, что при числе Френеля равном трем эффективность антистоксового ВКР-преобразования достигает своего максимального значения (32% для водорода и 21% для нитрата бария) и с дальнейшим ростом числа Френеля практически не изменяется. Было установлено, что максимальная эффективность антистоксового ВКР-преобразования при фокусировке входных пучков диаметром 1 мм достигается в случае, когда перетяжка пучка (фокальная область) находится внутри ВКР- активной среды длиной Lm на расстоянии 0,8Lm для водорода и Lm для нитрата бария. Полученные результаты показывают, что при числе Френеля больше 3 влиянием дифракционных эффектов на реализацию условий фазового квазисинхронизма при ВКР можно пренебречь.

4 Макаров Н.С., В.Г., Постановка задачи ВКР-активная среда Нелинейность (2) Нелинейность (3) H2H2 H2H2 H2H2 H2H2 (3) 0 (3) =0 z I 2w LкLк d 31 c-axis LкLк Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002

5 Макаров Н.С., В.Г., Принцип фазового квазисинхронизма ВКР Обобщенная фаза на выходе из пассивных слоев практически не изменяется, что, в конечном итоге, приводит к реализации фазового квазисинхронизма, рад (3) 0 (3) =0 Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002

6 Система уравнений ВКР Макаров Н.С., В.Г., j – волновые расстройки, g – стационарный коэффициент ВКР-усиления, j – частоты волн, E j – комплексные амплитуды волн Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002

7 Нитрат барияВодород Учет дисперсии стационарного коэффициента ВКР-усиления Макаров Н.С., В.Г., Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002

8 Влияние высших ВКР-компонент на точность вычислений Макаров Н.С., В.Г., Для повышения точности вычислений необходимо учитывать генерацию по крайней мере 4-х стоксовых и 4-х антистоксовых компонент ВКР Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002

9 Зависимость эффективности антистоксового ВКР-преобразования от числа Френеля активного волновода Макаров Н.С., В.Г., ВодородНитрат бария При числе Френеля больше 3 влиянием дифракционных эффектов на реализацию условий фазового квазисинхронизма при ВКР можно пренебречь Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002

10 Зависимость эффективности антистоксового ВКР-преобразования от положения перетяжки гауссова пучка Макаров Н.С., В.Г., ВодородНитрат бария Эффективность преобразования максимальна, когда перетяжка пучка находится внутри ВКР-активной среды Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002

11 Выводы Макаров Н.С., В.Г., Учет генерации высших стоксовых и антистоксовых компонент ВКР приводит к уменьшению общей длины ВКР-активной среды и практически не влияет на эффективность антистоксового ВКР-преобразования При числе Френеля равном трем эффективность антистоксового ВКР-преобразования достигает своего максимального значения и с дальнейшим ростом числа Френеля практически не изменяется Эффективность антистоксового ВКР-преобразования максимальна в том случае, когда перетяжка гауссова пучка находится внутри ВКР-активной среды Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002

12 Список литературы Макаров Н.С., В.Г., J.A. Armstrong, N. Bloembergen, J. Ducuing, P.S. Pershan, Phys. Rev., 127, , (1962). R. Urschel, U. Bäder, A. Borsutzky, R. Wallenstein, J. Opt. Soc. Am., 16, , (1999). M.H. Chou, K.R. Parameswaran, M.M. Fejer, I. Brener, Optics Letters, 24, 16, , (1999). В.Г. Беспалов, Н.С. Макаров, Опт. и спектр., 90, 6, , (2001). V.G. Bespalov, N.S. Makarov, Optics Communications, 203, (3-6), , (2002). V.G. Bespalov, N.S. Makarov, Proc. SPIE, 4638, 30-40, (2002). Многоволновое ВКР с учетом дифракционных эффектов в условии фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, октября 2002