Векторные взаимодействия световых волн при преобразовании немонохроматического излучения в нелинейных оптических кристаллах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Дейнекина Наталья Андреевна

ВЕКТОРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕТОВЫХ ВОЛН ПРИ ПРЕОБРАЗОВАНИИ НЕМОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В НЕЛИНЕЙНЫХ ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛАХ

01.04.05-Оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Хабаровск 1998

На правах рукописи

Дейнекина Наталья Андреевна

ВЕКТОРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕТОВЫХ ВОЛН ПРИ ПРЕОБРАЗОВАНИИ НЕМОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В НЕЛИНЕЙНЫХ ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛАХ

01.04.05 - Оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Хабаровск 1998

Работа выполнена в Дальневосточном государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор В.И.Строганов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ю.Б. Дробот

кандидат физико-математических наук,

доцент Б.Б.Авербух

Ведущая организация : Хабаровский государственный педагогический

университет.

Защита состоится " 12 " мая 1998 года в 16 часов на заседании дис сертационного совета К 114. 12. 01 по адресу : 680021, г.Хабаровск, ул Серышева, 47, Дальневосточный государственный университет путей со общения, ауд. 204.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дальнево сточного государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан" IV >'д^с/иЫ^- 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 114.12.01

доктор физико-математических наук.

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 об-пасти в видимую.

В связи с этим теоретический анализ особенностей векторных преоб разований при взаимодействии широкополосных световых волн в нели нейных оптических кристаллах является актуальным 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 ! 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.

1. Рассчитаны спектры преобразованного широкополосного излучени: в кристаллах 1Л03 и КТР для несфокусированных (коллинеарных) пучко излучения.

2. Рассчитаны спектры преобразованного широкополосного излучени: в 1_'|Ю3 и КТР, при фокусировании излучения в кристалл.

3. 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, пресЕ разованного в кристаллах широкополосного излучения.

5. Изучена возможность использования в системах преобразования И1 изображения накачки в виде некогерентного расходящегося или сходяще гося лазерного излучения.

6. Рассмотрены спектры преобразованного ИК излучения с накачкой о отдельного теплового источника.

7. Проанализированы векторные взаимодействия в кристалле КТР.

8. Проведены экспериментальные исследования спектров преобразо ванного излучения в кристаллах Ш03 и КТР.

Методы исследования

Для достижения поставленной цели использованы теоретические I .экспериментальные методы исследования (фотоэлектрический, фотогра фическая и визуальная регистрация пространственно-угловых и спе> тральных характеристик преобразованного ИК излучения и изображения)

Научная новизна работы

В диссертационной работе впервые проведено детальное изучение за-шомерностей преобразования сфокусированного широкополосного изучения с некогерентной расходящейся накачкой. .

1 Впервые проведен детальный расчет и анализ спектров преобразо-¡анного ЙК излучения , сфокусированного в нелинейный оптический кри-:талл.

2. Выявлено влияние направления поляризации пучков накачки и ИК 1злучения на форму спектра преобразованного излучения, что позволяет 'правлять спектром преобразованного излучения.

3. 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.

4. Установлено, что значительный вклад в спектр вносят векторные 1заимодействия световых волн несимметричных по углу падения относи-ельно волнового вектора преобразованного излучения.

5. Обнаружено, что схема преобразования ИК излучения и изображе-1ия с использованием в качестве накачки сфокусированного некогерент-юго лазерного излучения обладает высокой эффективностью, позволяет юреводить в видимую область широкий спектр.

6. Впервые рассчитаны спектры преобразованного излучения с неко-ерентной лазерной сильно сфокусированной накачкой.

7. Впервые реализован новый метод исследования векторных взаимо-¡ействий за счет дополнительного рассеяния части лазерного излучения а полупрозрачной диафрагме. Это позволило использовать излучение на -г3 порядка меньшей мощности по сравнению с мощностью излучения в же используемых методиках.

8. 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 эхники, 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] I автором докладывались:

1) на Международной научной конференции молодых ученых Сибири Дальнего Востока "Молодежь и наука регионам", Хабаровск, 1997 г.;

2) 11-й Международной Вавиловской конференции по нелинейной ог тике, Новосибирск, 1997 г.;

3) 2-й Международной конференции "Проблемы транспорта Дальнег Востока", Владивосток, 1997 г.;

4) школе-семинаре "Люминесценция и сопутствующие явления", Ир кутск, 1997 г.; ,

5) научно-технической конференции Дальневосточного государственнс го университета путей сообщения, Хабаровск, 1997 г.;

6) 42-й и 43-й научных конференциях, Хабаровский государственны педагогический университет, Хабаровск, 1996 и 1997 г.;

7) региональном научно-практическом семинаре "Новые информацией ные технологии в управлении на транспорте и организации учебного прс цесса", Хабаровск, Дальневосточный государственный университет путе сообщения, Хабаровск, 1997 г.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка лите ратуры. Работа содержит 120 страниц машинописного текста, 53 рисунк; список литературы из 105 наименований.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Уменьшение угловой апертуры пучка фокусируемых в нелинейнь оптический кристалл лучей приводит к смещению максимума интенсивн< сти в спектре преобразованного излучения в сторону коротких длин волн.

2. При перекрывании центральной части пучка лучей, фокусируемых кристалл непрозрачными диафрагмами максимум спектра преобразова! ного излучения смещается в сторону длинных волн.

3. При фокусировании широкополосного излучения в кристалл дг большинства практических применений преобразования излучения по ча тоте целесообразно ограничить угловую апертуру пучка 4+5 градусам так как приращение вклада в преобразованное излучение при дальне1 шем увеличении апертуры пучка незначительное.

4. Изменяя направление вектора поляризации накачки при неполяриз! ванном ИК излучении, можно (для взаимодействия ое-»е) управлять фо| мой спектра преобразованного излучения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и практическая значимость ра-юты, определена цель диссертации, приведен краткий перечень резуль-атов, полученных автором.

В первой главе дан обзор теоретических и экспериментальных работ ю особенностям векторных взаимодействий в нелинейных оптических ристаллах, по влиянию параметров основного излучения на мощность и пруктуру второй гармоники, по особенностям преобразования ИК излуче-1ия и изображения с использованием лазерной и тепловой накачки.

Во второй главе рассмотрены векторные и коллинеарные взаимодей-:твия световых волн в нелинейном кристалле КТР.

В параграфе 2.1 приведены перестроечные кривые для всех типов (заимодействий в трех плоскостях. Рассчитана угловая ширина коллине-(рного синхронизма. Угловая ширина синхронизма достигает максималь-(ых значений в области девяностоградусного синхронизма.

В параграфе 2.2 приведены результаты исследований векторных взаимодействий в кристалле КТР. Подробно обсуждена методика измерений тлов векторного синхронизма для различных направлений преобразован-юго излучения и различных типов взаимодействий. Интересной для век-орных взаимодействий является плоскость ху. В этой плоскости для изучения с Я=1,064 мк отсутствует фазовый синхронизм при коллинеарном (заимодействии (оо-->е), а для векторного - реализуется. Для А.=1,064 мкм тол векторного синхронизма <рс изменяется от значения фс«12° до значе-<ия фса14° в области ф3=0 -И80°. Угол <р 3 характеризует направление рас-фостранения преобразованного излучения . Для излучения с 1=0,78 мкм в шоскости ху существует и коллинеарные и векторные синхронные взаимодействия.

В параграфе 2.3. обсуждаются данные, полученные в эксперименте. Чоказано, что можно значительно снизить мощность лазерного излучения фи определении характера векторных взаимодействий в кристалле за :чет использования полупрозрачной рассеивающей диафрагмы. Эксперименты по наблюдению особенностей векторных взаимодействий выпол-(ены для кристаллов КТР И Ш03 с излучением (/1=1,064 мкм) иттрий-тюминиевого лазера ЛТИ-502.

Третья глава посвящена подробному анализу спектральных характе-жстик преобразованного ИК излучения, сфокусированного в нелинейные :ристаллы иодата лития и КТР.

3 параграфе 3.1 дан расчет спектров преобразованного широкополосного :фокусировайного в кристалл иодата лития ИК излучения. При этом учи-ывается большое число перекрестных векторных и многочастотных

взаимодействий. Предполагалось, что распределение интенсивности основного излучения по спектру и по углу в пучке равномерное. Углова? апертура фокусируемого пучка ±5°. Используемый кристалл вырезан в направлении синхронизма для удвоения частот с излучениел-

1,064 мкм.

Учет вклада векторных взаимодействий проводился в двух случаях, ко гда волновые векторы со,) и К2{ш2) могут быть расположены относи тельно вектора к3(а3) симметрично ( о^озг, Кч=К2 и ф1=фг, где ф, и ф2 - угль между векторами и К3, К2 и К3 ) и когда расположены несимметричнс

(са^юг, К^Кг, ф1^ф2,031=Шз/2+О и шг=(0з/2-О).

Спектр преобразованного ИК излучения для симметричных векторов К и К2 имеет ярко выраженный максимум, в сильной степени зависящий от направления наблюдения спектра. Спектр асимметричен, расположен сс стороны больших длин волн.

Анализ теоретических расчетов для несимметричных компонент и К показывает, что интенсивность преобразованного ИК излучения зависит е сильной степени от угловой апертуры сфокусированных пучков в кри сталл. Но наибольшая эффективность преобразования реализуется дл? пучков с апертурой . ~4°.

Спектром можно управлять, перекрывая центральную часть пучка диа фрагмами,различной конфигурации. При перекрывании центральной час ти пучка максимум спектра преобразованного излучения смещается в сто рону длинных волн. И чем больше угловой диаметр непрозрачной диа фрагмы, тем меньше максимум интенсивности и тем большей длине вол ны ^з он соответствует. Если диафрагма перекрывает переферийнук часть пучка , то максимум интенсивности не смещается , но обрезается, е основном, та часть спектра, которая соответствует длинным волнам.

В параграфе 3.2 приведен анализ спектральных характеристик преоб разованного ИК излучения в двуосном кристалле КТР для коллинеарны) взаимодействий типов : оо-»е, ее->о,ое-ю и ое-*е.

Для взаимодействий типа ое->е установлено, что спектр преобразо ванного излучения зависит от типа поляризации накачки и угла а. В этол случае интенсивность преобразованного излучения ип ~ ■ X ил1 Л = С • Л® , где С постоянная .зависящая от конфигурации кристалла I используемой компоненты тензора нелинейной восприимчивое™ кристалла, = ¿сов2а, = ^э/л^а, а - угол между векторами £ и Е°, Е вектор напряженности электрического поля падающего на кристалл луча £° - вектор напряженности электрического поля обыкновенного луча е кристалле , ^ и X - интенсивности соответственно обыкновенного и не обыкновенного лучей в кристалле.

Подставляя J° и J®, имеем

Jn=C \f Js=C Jí cos2a • sin2a = C/4- J2 • s/n22a.

Изменение угла a приводит к изменению интенсивности преобразованного излучения, то есть интенсивность преобразованного излучения зависит от направления поляризации излучения (направления вектора Е).

Спектр преобразованного излучения для взаимодействий типа ое-»е резко отличается от спектра для взаимодействия оо-^-е. Для взаимодействия оо-»е спектр асимметричен относительно частоты фазового синхронизма для определенно выбранного направления преобразования в кристалле (преобразования коллинеарные).

Для взаимодействия ое->-е - симметричен. Эта симметрия спектра относительно частоты фазового синхронизма связана с неоднозначностью зыбора частот преобразуемого излучения для обыкновенного и необыкно-зенного лучей. Например, для необыкновенного луча частоты могут быть меньше частоты фазового синхронизма ( для обыкновенного - больше) лли наоборот, для необыкновенного - больше ( для обыкновенного -меньше). Обычно в эксперименте реализуется ситуация, когда осуществ-пяется одновременно оба приведенных выше случая. Спектр преобразованного излучения симметричен, а его интенсивность зависит от угла а.

Обозначим интенсивность излучений с частотами большими частоты разового синхронизма JHK (накачка), а с меньшими частотами Jm инфракрасное).Как Jm, так и Jm могут быть обыкновенными (о) или необыкновенными (е) лучами.

Предполагая, что ИК излучение неполяризовано ( J°K= J®K= Jm), помещаем в неполяризованный пучок лучей накачки поляризатор и управляем поляризацией излучения накачки (J°K= JHK- cos2a, J®K= JHK- sin2a).

Тогда интенсивность преобразованного излучения для частот меньших >юс будет равна

Jn~ С- Jm ■ Jm -cos2 a ,

}ля частот больших 2шс

Jn'-= С- Jm ■ Jm sin2 а.

Изменяя поляризацию излучения накачки, можно управлять спектром необразованного излучения.

Изменение поляризации накачки для взаимодействия ое-ю приводит только к уширению спектра, но существенно не влияет на вид спектра.

Параграф 3.3 посвящен исследованию спектров преобразованного ИК излучения, сфокусированного в кристалл КТР.

ИК излучение и излучение накачки фокусируют в нелинейный оптический кристалл. То и другое излучения широкополосные. В кристалле, на квадратичной нелинейности происходит преобразование по частоте юз=(о1+©2 для различных частотных компонент ш-| и со2- Волновые вектора К, и К2 , соответствующие частотам со1 и ю2 расположены под углами ф-| и Ф2 по отношению к вектору К3 для преобразованного излучения ш3. Реализуется взаимодействие типа ое-»е.

При расчете спектра преобразованного излучения необходимо интегрировать интенсивность не только по частотам П, но и по углу, например, по фГ для каждого направления вектора К3, задаваемого углом ©с:

Птахч>1тах

1.3 = | |

О о

. ДК

Б1П-

2

\2

ДК V 2

где ДК = ^Л.чм) - расстройка фазового синхронизма ; I - длина кристалла.

В этом случае необходимо учитывать четыре возможных реализации взаимодействия ое-» е. Можно , например, выбрать вектор К-) как слева от К3, так и справа от направления вектора К3.

Спектр преобразованного излучения, как и для коллинеарного взаимодействия, зависит от выбора накачки. Если в качестве накачки используются обыкновенные лучи, спектр преобразованного излучения находится со стороны меньших длин волн относительно Хзс , если используются необыкновенные лучи - со стороны больших длин волн. Длина волны Х3с соответствует излучению, преобразованному в направлении коллинеарного синхронизма. Спектр не зависит от места расположения накачки относительно вектора К3.

В главе 4 приведен анализ экспериментальных результатов зависимости спектрального состава преобразованного теплового излучения в нелинейных кристаллах от угловой апертуры, диафрагм, перекрывающих пучо> излучения, от угла менаду осью пучка и осью кристалла, от поляризации накачки.

Описана принципиальная схема установки для преобразования немонохроматического излучения. В качестве объекта и накачки использовала тепловое излучение ламп накаливания (220В, 500 Вт). Разделение излу-

чения лампы на накачку и ИК излучение осуществлялось по спектру с помощью специально подобранных светофильтров.

Излучение источника фокусируется в кристалл, помещенный на столике, который можно было повернуть на любой угол между осью пучка и оптической осью кристалла. Преобразованное излучение фокусировалось объективом на щель монохроматора, далее электрический сигнал с ФЭУ поступал на усилитель и регистрировался самопишущим потенциометром КСП-4. Светофильтр КС-18 пропускал на кристалл только ИК излучение. Для выделения излучения, преобразованного в видимую область,использовался светофильтр СЗС-21.

В параграфе 4.1 приведены зарегистрированные спектры преобразованного в кристалле иодата лития ИК излучения для различных углов между осью пучка и оптической осью кристалла. Излучение лампы накаливания фокусируется в кристалл объективом с фокусным расстоянием 98 мм. При увеличении угла между оптической осью пучка и осью фокусируемого пучка лучей спектр преобразованного излучения смещается в сторону длинных волн, что согласуется с результатами теоретических расчетов, приведенных в параграфе 3.1 и 3.2.

При проведении экспериментов, для выявления зависимости влияния угловой апертуры пучка фокусируемых лучей использовались различные диафрагмы, изготовленные из плотной не прозрачной бумаги, перекрывающие часть пучка излучения.

Из спектров преобразованного излучения в кристалле иодата лития для различной угловой апертуры сфокусированного пучка видно, что уменьшение угловой апертуры приводит к изменению интенсивности преобразованного излучения, уменьшению спектральной ширины, к смещению максимума интенсивности в сторону коротких длин волн.

Использование диафрагм, перекрывающих центральную часть пучка приводит к уменьшению интенсивности, максимум смещается в сторону длинных волн, спектральная ширина практически остается без изменения.

В данной диссертации впервые предпринята попытка регистрации спектра преобразованного в кристалле широкополосного излучения для коллинеарных пучков излучения. Максимум в этом спектре близок к длине волны синхронизма л.с (лс~1,064 мкм; л3~0,532 мкм), что хорошо совпадает с теоретическими расчетами. Основная часть спектра, также, как и при теоретических расчетах, находится со стороны коротких длин волн.

В параграфе 4.2. приведены спектры сфокусированного теплового излучения преобразованного в кристалле КТР. Нами использован кристалл КТР, выращенный доктором физ.-мат. наук Каплуном А. Б. в институте теплофизики СО РАН методом вытягивания из расплава. Кристалл, апертура которого 5x5 мм2 , длиной 1 см, вырезан для второго типа взаимодействия (ое-»е) (Л.с=1,064 мкм).

и

Излучение фокусировалось в кристалл линзой с фокусным расстоянием 110 мм.

Применение различных диафрагм приводит только к уменьшению интенсивности преобразованного излучения, но не влияет на общий вид спектра. По сравнению с кристаллом иодата лития , кристалл КТР позволяет преобразовать, излучение в большей области спектра (для иодата лития ~ 0,"10 мкм, для КТР - 0,15мкм).

При .перекрывании различных зон фокусируемых в кристалл лучей действуют два фактора, которыми и определяется в целом вид спектра преобразованного излучения. Первый - эффективность преобразования при векторных взаимодействиях наибольшая для центральной части пучка V быстро спадает к периферии пучка. Второй - вклад в интенсивность преобразованного излучения пропорционален площади кольцевых зон, которая возрастает по мере удаления от центра пучка к периферийным областям.

На вид спектра преобразованного излучения нагадывает отпечатан неравномерное распределение интенсивности по спектру основного излучения. Для спектра преобразованного в кристалле КТР характерна "ступенчатая" структура.

Первой возможной причиной ступенек может быть нестабильность доменной системы кристалла, изменяющаяся под действием сильного электрического поля смешиваемых волн. Это приводит для определенных частот преобразованного излучения к расстройке условий фазового синхронизма, а, следовательно, - к снижению эффективности преобразования.

Для кристаллов иодата лития "ступенчатая " структура отсутствует, тс есть доменная структура иодата лития более стабильна и инертна по отношению к воздействию фокусируемых пучков излучения. Хотя ранее е работе В.И.Троилина уже отмечалось влияние доменной структуры на качество изображения, преобразованного в кристалле иодата лития. Преобразованное изображение лампы накаливания наблюдалось на слегка белом, размытом фоне рассеянного излучения. В определенный момент фон рассеянного излучения исчез скачком. Изображение стали наблюдать на черном фоне.

Второй возможной причиной может быть неодинаковая интенсивность частотных компонент смешиваемых излучений с поляризациями о и е типа, что может приводить к переодическим осцилляциям интенсивности преобразованного по частоте излучения даже при точном выполнении условий фазового синхронизма.

Данные причины, вероятно, могут проявляться в условиях полногс внутреннего отражения смешиваемых пучков в кристалле из-за его мало:/ ( апертуры (5x5 мм 2), когд?. возникают дополнительные векторные и частотные взаимодействия в кристалле.

В главе 5 приведены результаты по изучению особенностей преобразования ИК излучения, когда в качестве накачки используется посторонний источник. Рассмотрены два варианта. В первом в качестве накачки используется сильно сфокусированное монохроматическое.лазерное излучение, во втором- широкополосное излучение от.теплового источника.

В параграфе 5.1 рассмотрены характерные особенности преобразования и спектр преобразованного излучения. ИК излучение широкополосное, накачка лазерная , монохроматическая. Оба пучка излучений соосно фокусируются объективом в нелинейный оптический кристалл. Частота преобразованного излучения соз изменяется за счет изменения частоты ИК излучения Шик (шн=соп8^ , то есть со3 = соик + шн.

Вклад в интенсивность преобразованного излучения в направлении ср3 дают неколлинеарные лучи под углами ф1 и срг относительно волнового вектора преобразованного излучения К3, Теоретические расчеты показали, что для определенной частоты шз существует определенный угол щ =Фю , Для которого выполняются условия векторного фазового синхронизма. Помимо этого вклад в преобразованное излучение пропорционален угловой ширине Дф, максимальной при ф! стремящемся к нулю, и быстро уменьшающейся с увеличением ф!.

Таким образом, в любых направлениях в кристалле , в пределах фокусируемых пучков, распространяется преобразованное излучение с широким спектром. Для каждого направления спектр асимметричен относительно частоты коллинеарного синхронизма 2гас , резко обрывается со стороны коротких длин волн и достаточно интенсивен со стороны длинных золн.

Пучки ИК излучения, накачки и преобразованного гомоцентричны. При использовании такого преобразования для создания "нелинейных" тепло-зизоров каждая точка ИК изображения становится точкой преобразованного изображения в видимой области спектра.

В параграфе 5.2 описана схема преобразования, в которой в нелинейный оптический кристалл направляют сколлимйрованный пучок накачки и :коллимированный пучок ИК излучения. Угол между пучками ф7(<р=ф1 +Фг) • Используется кристалл иодата лития, взаимодействие оо->е.

Вычисления показали, что спектр преобразованного излучения зависит эт величины угла ф,. Угол ф, - угол между,, волновым вектором К3 преобра-юванного излучения и одним из смешиваемых; пучков, например, накач-сой. Спектр имеет минимальную ширину для значения ф-, = ф / 2.

Выбранная конфигурация расположения волновых векторов /С, и К2 связана с возможностью использования данной схемы для развертки по здной из пространственных координат спектра излучения, преобразован-юго в видимую область.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие результаты.

1. Впервые изучены векторные взаимодействия световых волн в нели нейном оптическом кристалле КТР.

2. Для экспериментального исследования векторных взаимодействи! впервые использовано дополнительное рассеяние на полупрозрачной ше роховатой диафрагме части лазерного излучения, что позволило исполь зовать излучение на 2-3 порядка меньшей плотности мощности.

3. Подробный анализ спектров сфокусированного излучения преобра зованного в нелинейном оптическом кристалле Ш03 показал, что значи тельный вклад вносят несимметричные по углу и частоте перекрестны! векторные взаимодействия.

4. Показано, что на спектр преобразованного излучения в сильной сте пени влияют не только исходные характеристики ИК излучения и накачка но и условия эксперимента : угловая апертура пучков, диафрагм! (различной конфигурации), перекрывающие различные части сфокусирс ванного в кристалл пучка.

5. Выявлено влияние направления поляризации пучков накачки и И1 излучения на форму спектра сфокусированного и коллинеарного излуче ния в кристалле КТР, что позволяет управлять спектром преобразованноп излучения. Спектр не зависит от места расположения волновых векторо излучения накачки относительно вектора К3 .

6. Анализ экспериментальных результатов показал, что кристалл КТ! позволяет преобразовать излучение в большей области спектра, чем ио дат лития (для иодата лития ~0,10 мкм, для КТР -0,15 мкм).

7. Впервые зарегистрирован спектр преобразованного ИК излучения кристалле иодата лития для коллинеарных пучков. Отмечается хороше совпадение экспериментальных и теоретических результатов.

8. Исследованы спектры преобразованного широкополосного излуче ния в нелинейном оптическом кристалле при фокусировании монохрома тической лазерной накачки. Доказано, что ИК излучение преобразуется широкой полосе частот; все пучки (в том числе и преобразованный по час тоте) остаются гомоцентричными . Данные научные результаты позволяю сделать вывод об эффективности использования монохроматическо сфокусированной лазерной накачки в "нелинейных" тепловизорах.

9. Использование теплового излучения для преобразования двух шире кополосных пучков, расположенных под углом, позволяет получить свое образную угловую развертку спектра преобразованного излучения и со; дать уникальные , не совсем обычные, спектральные приборы.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Преобразование частоты излучения в кристаллах КТР I Н.А.Дейнекина, Н.В.Марченков, В.И.Строганов и др.// Материалы 42 науч-юй конференции,- Хабаровск: ХГПИ, 1996.-С.29-30.

2. Дейнекина H.A., Коростелева И.А., Коростелев Д.Н. Програмное обеспечение расчетов векторных оптических взаимодействий // Новые 1нформационные технологии в управлении на транспорте и в организации небного процесса: Материалы научно-практического семинара.-<абаровск: ДВГУПС,1997.-С. 92-94.

3. Дейнекина H.A., Каплун А.Б., Мешалкин А.Б. Управляемые спектры армоник в кристалле КТР // Люминесценция и сопутствующие явления : Груды школы - семинара.-Иркутск ,1997.-С. 134-137.

4. Дейнекина H.A., Коростелева И.А., Строганов В.И. Векторные взаимодействия в кристаллах КТР // Молодежь и наука - регионам : Тезисы укладов международной конференции молодых ученых Сибири, Дальне-о Востока и стран АТР/ ХГАЭиП,- Хабаровск,1997.-С.18-19.

5. Дейнекина H.A., Коростелев Д.Н., Кравченко О.В. Фазовый синхро-шзм в кристаллах КТР // Проблемы железнодорожного транспорта: Меж-!уз. сб. науч. тр. /ДВГУПС,-Хабаровск, 1997.-С. 104-109.

6. Дейнекина H.A. , Кравченко О.В., Строганов В.И. Фазовый синхро-шзм в кристаллах KTiP04 // Оптические и электрические процессы в кри-:таллах : Межвуз. сб. науч. тр. /ДВГУПС,- Хабаровск , 1996.-С.99-100.

7. Векторные взаимодействия световых волн / Н.А.Дейнекина, 1А.Калугина, О.В.Кравченко и др.// Нелинейные процессы в оптических ристаллах: Межвуз. сб. науч. тр. / ДВГУПС,- Хабаровск, 1997,- С. 47-49

8. Спектры преобразованного широкополосного излучения, сфокусиро-laHHoro в кристалл иодата лития / Н.А.Дейнекина, А.В.Емельяненко, З.В.Криштоп и др. И Нелинейные процессы в оптических кристаллах: Меж-¡уз. сб. науч. тр. / ДВГУПС.- Хабаровск,1997.-С.50-56.

9. Дейнекина H.A., Каплун А.Б., Мешалкин А.Б. Поляризационные спек-ры в кристалле КТР// Нелинейные процессы в оптических кристаллах: Лежвуз. сб. науч. тр. / ДВГУПС,- Хабаровск, 1997.-С.72-76.

10. Преобразование ИК изображения в нелинейных оптических кри-таллах / Н.А.Дейнекина, В.И.Строганов, В.И. Троилин и др.// Нелинейные ¡роцессы в оптических кристаллах: Межвуз. сб. науч. тр. / ДВГУПС,- Хаба-ювск,1997.-С.80-86.

11. Дейнекина H.A., Троилин В.И., Строганов В.И. Использование теп-ювой накачки при преобразовании изображения в нелинейном оптиче-ком кристалле// Нелинейные процессы в оптических кристаллах: Межвуз. б. науч. тр. / ДВГУПС,- Хабаровск,1997.-С.86-90:

12. Троилин В.И., Дейнекина H.A., Строганов В.И. Преобразование теп-ювого изображения в нелинейных оптических кристаллах// Проблемы

!5

транспорта Дальнего Востока: Материалы второй Международной конференции.- Владивосток: ДВО Академии транспорта РФ,1997.-С.134.