ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР СВЕТА

- источник когерентного оптич. излучения, в к-ром мощная световая волнаодной частоты (частоты накачки), проходя через нелинейный кристалл, преобразуетсяв световые волны других, меньших частот. Частоты параметрически возбуждаемыхволн определяются дисперсией света в кристалле и при её изменении могутплавно перестраиваться при фиксиров. частоте накачки.
П. г. с. предложен в 1962 С. А. Ахмановыми Р. В. Хохловым. Первые эксперим. П. г. с. были созданы в 1965 Дж. Джордмейном(J. Giordmaine) и Р. Миллером (R. Miller), С. А. Ахмановым и Р. В. Хохловымс сотрудниками.
Т. к. размеры нелинейного кристалла многобольше длины световой волны, то процесс параметрич. возбуждения в оптикеносит ярко выраженный волновой характер. Под действием электрич. поля . световой волны большой интенсивности меняется диэлектрич. проницаемостьe нелинейногокристалла:где -квадратичная восприимчивость (см. Нелинейная оптика). Если полеволны накачки где -волновое число, а - нач. фаза, то диэлектрич. проницаемость модулируется по закону бегущейволны:

где паз. глубиной модуляции, характерная величина к-рой в оптике равна 10^-710^-5.У входной грани кристалла ( х = 0) с переменной во времени диэлектрич. и и фазами и связаннымисоотношениями

аналогично параметрич. возбуждению колебанийв двухконтурной системе (см. Параметрическая генерация и усиление электромагнитныеколебаний).
Колебания с частотами и распространяясьв глубь кристалла в виде двух световых волн с волновыми векторами k₁ и k₂, взаимодействуют с волной накачки. Если не принятьспец. мер, то на расстоянии х оптимальные фазовые соотношения (2)изменятся вследствие дисперсии на величину где k_H- k₁ - k₂ - расстройка волновых векторов, - 0:

k₁ + k₂= k_H. (3)

Это условие, наз. условием фазового синхронизма, При фазовом синхронизме амплитуды возбуждаемых, где -коэф. затухания волны в линейной среде,- коэф. параметрич. усиления. Очевидно, возбуждение происходит, если поленакачки превышает порог:
Фазовый синхронизм, обеспечивающий макс. + = определ. и : п _н< n₁, n₂ или n₁<n _н < n₂ В кристаллах с нормальнойдисперсией, когда показатель преломления увеличивается с ростом частоты синхронное пара-метрич. взаимодействие оптич. волн не осуществимо обычнымспособом, т. к. п _нn_l, n₂. Напрактике условие фазового синхронизма может быть осуществлено в анизотропныхкристаллах, если использовать зависимость показателя преломления не толькоот частоты, но и от поляризации волны и направления распространения. Напр.,в одноосном отрицат. кристалле показатель преломления обыкновенной волны п ₀ больше показателя преломления необыкновенной волны п _с, к-рый зависит также от направления распространенияотносительно оптич. оси кристалла (рис. 1). Используя дисперсию анизотропногокристалла, можно подобрать направления, в к-рых выполняется условие фазовогосинхронизма. В этом случае возможны два типа парамстрич. взаимодействиясветовых волн: первый - возбуждение необыкновенной волной накачки двухобыкновенных волн:

второй - возбуждение необыкновенной волнойнакачки обыкновенной волны частоты и необыкновенной волны частоты :

В положит. одноосном кристалле также можноподобрать направления, в к-рых выполняется условие (3) и обыкновенной волнойнакачки возбуждаются две необыкновенные или обыкновенная и необыкновеннаяволны:

Рис. 1. Зависимости показателя преломленияобынновенной п ₀ и необыкновенной п _с волнот частоты (а) и направления распространения (б) в одноосном отрицательномкристалле.

Угол между направлением волновых векторов и оптич. осью кристалла, наз. угломсиихронизма, является ф-цией частот накачки и одной из возбуждаемых волн. п от темп-ры (рис. 2,б), внеш. электрич. поляи т. д.
Для увеличения мощности П. г. с. кристаллпомещают внутри открытого резонатора, благодаря чему возбуждаемые волныпробегают кристалл многократно за время действия накачки (увеличиваетсяэфф. длина взаимодействия, рис. 3). Перестройка частоты такого резонаторногоП. г. с. происходит небольшими скачками, определяемыми разностью частот, обратная связь с помощью зеркал резонатора осуществляетсятолько для одной из возбуждаемых волн, и двухрезонаторные П. г. с. с обратнойсвязью на обеих частотах и Порогсамовозбуждения двухрезонаториого
П. г. с. определяется добротностями резонаторов Q_l и Q₂ на частотах и :. В однорезонатор-номП. г. с. порог возбуждения выше: тоднаков нём можно выполнять более плавную перестройку частоты и он менее требователенк стабильности частоты накачки и механич. вибрациям зеркал и др. элементов.

Рис. 2. Зависимость длины волны, генерируемойпараметрическим генератором света, от угла синхронизма ( а )и температуры Т (б )при =0,266 мкм; е - оо.

Рис. 3. Нелинейный кристалл, помещённыйв оптический резонатор. 3₁ и 3₂ - зеркала, и -двухрезонаторный параметрический генератор света.

В существующих П. г. с. диапазон главнойперестройки длин волн от 0,4 до 16,4 мкм перекрывается с помощью набораоптич. кристаллов, имеющих разные области оптич. прозрачности, разные нелинейности, Оптические характеристики некоторыхнелинейных кристаллов, используемых в параметрических генераторах света

Материал	Диапазон прозрачности,	Нелинейность (2)/n3 х10-18, ед. CGSE	Пороговая интенсивностьразрушения, МВт/см 2
ADP	0,2 - 1,1	0,8	500
КDP	0,22 - 1 , 1	0,8	500
LiNbO3	0,35 - 5,0	30	40
Ba2NaNb5O15	0,4 - 5,0	180	10-60
Ag3AsSa	0,64 - 13	100	20
CdSe	0,75 - 25	280	40

Источниками накачки служат лазеры непрерывного, Особую ценность П. г. с. с плавной перестройкой частоты представляют дляИК-диапазона спектра. Во мн. странах выпускаются промышленные образцы разл. вещество (в т. ч. биологическое), для контролязагрязнения атмосферы и в др. целях.

Лит.: Ахманов С. А., Хохлов Р. В.,Параметрические усилители и генераторы света, "УФН", 1966, т. 88, с. 439;Ярив А., Квантовая электроника, пер. с англ., 2 изд., М., 1980; Фишер Р.,Кулевский Л. А., Оптические параметрические генераторы света, "Квантоваяэлектроника". 1977, т. 4, № 2, с. 245; Параметрические генераторы светаи пикосекундная спектроскопия, Вильнюс, 1983.

Л. П. Сухорукое.