Электроника

НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА, раздел фиэ оптики, охватывающий исследование распространения мощных световых пучков в средах и их взаимодействия с веществом. Распространяющееся в среде достаточно сильное световое поле изменяет её оптич характеристики (показатель преломления, коэф поглощения и Др-), что приводит не только к существенному изменению характера уже известных оптич явлении, но и к возникновению в ней новых, не проявляющихся в оптике слабых световых потоков. Все эти явления объединяет одна общая черта: зависимость характера их протекания от интенсивности света. Такие явления получили назв. нелинейных, в изучающая их область оптики — Н о. В противоположность Н о. оптику слабых световых пучков, поле к-рых недостаточно для заметного изменения оптич св-в среды, принято называть линейной  оп т и ко й.
Историческая справка. До создания лазеров (1960) практически все эксперименты подтверждали независимость оптич. характеристик сред от интенсивности света. Лишь в отд. работах делались попытки исследовать влияние интенсивности свете на оптич. явления. В 1923 сов. ученые С. И. Вавилов и В. Л. Левшин обнаружили первое нелинейное оптич. явление — уменьшение поглощения света урановым стеклом с ростом интенсивности света (эффект насыщения поглощения). Тогда же Вавилов впервые ввёл термин «Н. о.», считая, что обнаруженный эффект — всего лишь один из множества нелинейных явлений. Широкие эксперим возможности открылись перед Н. о. после создания лазеров. В 1961 открыт первый лазерный нелинейный оптич. эффект — удвоение частоты света в кристалле кварца (П. Франкен с сотрудниками, США). Многочисленные эксперим. исследования по генерации оптических гармоник, вынужденному рассеянию света и др. нелинейным оптич. явлениям, проведённые в 1961—63 в СССР и США, заложили теоретич. фундамент Н. о В 1965 разрабатывались плавно перестраиваемые по частоте источники оптич. излучения— параметрические генераторы света (Дж. Джорд-мейн и Р. Миллер, США), идея о возможности создания к-рых была выдвинута в 1962 С  А  Ах меновым, Р. В. Хохловым (СССР) и независимо Р. Кингстоном и Н Кроллом (США). В 1965 Н Ф Пилипецким и С Р. Рустамовым (СССР) экспериментально наблюдалось явление самофокусировки свете, предсказанное в 1962 сов физиком Г А Аскарьяном С 1967 началось исследование нелинейных явлении, связанных с распространением в среде сверхкоротких (длительность ~10 с) мощных лазерных импульсов Успехи в области прикладной Н о в 1970—80 обусловили создание преобразователей частоты света и др нелинейно-оптмч приборов, стимулировали исследования во мн разделах физики: радиофизике, физике плазмы, акустике, физике твёрдого тела, спектроскопии и др
Физические принципы Н. о Описание оптич ев в среды при взаимодействии её с эл -магн волной базируется на т н материальном уравнении, связывающем поля риэацни аектор (поляризацию) Р среды с напряжённостью Е электрич поля волны В линейной оптике процессы в среде подчиняются линейному соотношению Р хЕ где х — диэлектрическая восприимчивость В Н о связь между Р и Е носит нелинейный характер кроме линейной составляющей Р„ (Рл хЕ), в материальном уравнении содержится нелинейная составляющая Рмл( наэ нелинейной поляризацией Рмл у ЕЕ НЕЕЕ4- . где х, Н —тензоры соответственно квадратичной, кубичной и т д нелинеи ной восприимчивости Среда, оптич характеристики к-рой являются ф циями напряженности электрич поля Е световой волны (поляризация среды нелинейным образом зависит от Е), наэ нелинейной Линейная в обычных условиях, т е при малых интенсивностях света, среда становится нелинейной когда напряжённость электрич попя световой волны сравнима с напряжённостью внутриатомного электрич поля (-^10 В см) При определённых условиях нелинейные ев ва среды проявляются и при более низких значениях напряжённости ( 10 В см и ниже) за счёт т н накопления нелинейных эффектов В нелинейных средах ие выполняется принцип суперпозиции, что и обусловливает возникновение   в   них   раз л    нелинейных   оптич    явлении
Наличие нелинейной составляющей поляризации в материальном уравнении среды можно объяснить исходя из класенч модели ангармонич осциллятора, описывающей поведение атомов или молекул среды в интенсивном световом поле Отклик такого осцилляторе на гармонич попе не повторяет форму внеш воздействия т е становится нелинейным. В результате такого отклика в поле, пере-иэлучённом втомами (молекулами) среды, присутствуют новые гармонич составляющие, связанные с преобразованием частоты света, а также составляющие, обусловленные самовоэдействиями света.