Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Исследование динамики двухпучкового взаимодействия на динамических отражательных голограммах в кристаллах силленитов.-1.pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
05.02.2023
Размер:
522.83 Кб
Скачать

12

Таблица 2.1 – Коэффициенты gE и gI , характеризующие межмодовые и

внутримодовые процессы соответственно для различных направлений вектора отражательной решетки в кристаллах BTO и BSO

Направление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

распространен

[100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[111]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ия волны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[100]

[110]

[110]

[11 1]

[112]

[1 12]

накачки [mnp]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BTO

gI

i

 

i

0

0

0

0

 

 

-0.467

0.467

 

gE

0

0

0

0

-0.266

0.266

0.216

-0.216

BSO

gI

i

 

i

0

0

0

0

 

 

0.407

-0.407

 

gE

0

0

0

0

0.235

-0.235

-0.130

0.130

При ориентации вектора K вдоль направлений вида <111> вклад этой компоненты во внутримодовые процессы отсутствует, в то время как коэффициент межмодовой связи принимает экстремальные значения ( gE 0.266 для BTO, см. рис. 2.3, а и табл. 2.1). Отметим, что фазовая

составляющая отражательной решетки не приводит к взаимодействию волн при ориентации вектора K вдоль кристаллографических направлений вида

<110> ( gI 0 , gE 0). Для такого среза кубического фоторефрактивного

кристалла встречное взаимодействие возможно только на амплитудной

(абсорбционной) компоненте отражательной решетки.

Модуль коэффициента gI определяется только ориентацией оси x,

которая совпадает с направлением вектора решетки K, и не зависит от ориентации осей y и z относительно кристаллографической системы координат (рис. 2.2). Однако аргумент I коэффициента gI

инвариантностью к выбору осей y и z не обладает, поскольку фазы входящих

в уравнения комплексных амплитуд собственных волн (см. формулы (2.3)),

характеризующих их поляризационное состояние, также зависят от ориентации этих осей. Приведенные на рис. 2.3, в ориентационные зависимости отражают поведение аргумента коэффициента gI для

выбранной (рис. 2.2) системы координат xyz. В этом случае коэффициент gI

является чисто мнимым при векторе отражательной решетки,

ориентированном в кристаллографических плоскостях типа {100}, и чисто вещественным для плоскостей типа {110}.

2.3 Двухпучковое взаимодействие линейно поляризованных волн

Из уравнений (2.11)-(2.14) и (2.6) следует, что при линейной поляризации взаимодействующих волн их амплитуды удовлетворяют

условиям Cp1(x) C*p 2 (x) Cp (x)

и Cs1(x) Cs*2 (x) Cs (x) и могут быть

представлены в виде:

 

 

13

 

Cp1,2 (x) Cp (x) exp( i p (x)) ,

Cs1,2 (x) Cs (x) exp( i s (x)) .

(2.15)

В этом случае контраст интерференционной картины в кристалле,

определяемый формулой (6), является действительной функцией координаты x:

m(x) 2

Cs (x)Cp (x) Cs* (x)C*p (x)

2

 

 

 

 

Cs (x)

 

 

Cp (x)

cos( s (x) p (x))

 

 

 

 

, (2.16)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 exp( x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I0 (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cp (x)

Cs (x)

2 exp( x)

а уравнения связанных волн (11)-(14) сводятся к следующим двум

 

 

 

 

 

уравнениям:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dCs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.17)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

4 m

 

 

 

gI

 

 

Cp

exp( i(2 x I )) (gE g )Cp exp( x) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dCp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 m

 

gI

 

Cs

exp(i(2 x I )) (gE g )Cs exp( x) .

 

 

 

 

(2.18)

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Переходя к интенсивностям волн сигнала Is (x) ~

 

 

Cs1(x)

 

 

 

 

Cs 2 (x)

 

 

 

exp( x)

 

 

 

 

 

 

 

и накачки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cp1

(x)

 

2

 

 

Cp 2 (x)

 

2

в

кристалле,

из

системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I p (x) ~

 

 

 

 

 

 

exp( x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнений (2.17) и (2.18) получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Is

Is

gI

cos(2 x I

s p ) (gE ga )cos( ) cos( )

 

 

 

 

s

p

 

,

(2.19)

Is

I p

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I p

 

I p

 

 

gI

 

cos(2 x I s p ) (gE ga )cos( ) cos( )

 

 

Is I p

 

, (2.20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I p

 

 

 

 

Is I p

 

 

s

 

 

 

 

 

 

gI

 

 

sin(2 x I

 

s p ) (gE ga )sin( ) cos( )

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

(2.21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

2

 

 

 

 

Is

I p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

gI

 

sin(2 x I

s p ) (gE ga )sin( ) cos( )

 

 

 

 

Is

 

 

,

 

 

 

 

(2.22)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

2

 

 

 

Is I p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где s p .

Уравнения (2.19) – (2.22) позволяет полностью описать встречное взаимодействие при линейной поляризации волн для произвольной ориентации кристалла с учетом электрооптического и фотоупругого эффектов и дифракции на абсорбционной решетке.

В случае пренебрежимо малого вклада абсорбционной решетки во взаимодействие из уравнений (19) и (20) получаем

1

 

d (Is I p )

 

 

gI

 

cos(2

x I s p ) gE cos( ) cos( ) . (2.23)

 

 

 

(Is I p )

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интегрирование этого выражения приводит к результату

14

Is (x)I p (x) Is (0)I p (0)

 

x

gI

 

exp

cos(2 x I s p ) gE cos( ) cos( )dx ,

 

0

 

 

позволяющего ввести эффективный коэффициент усиления для взаимодействия в кристалле с толщиной, равной d, в виде:

eff d 0d gI cos(2 x I s p ) gE cos( ) cos( )dx .

(2.24)

встречного

(2.25)

Отметим, что данный коэффициент может быть выражен через интенсивности взаимодействующих волн:

 

 

1

 

 

 

 

 

 

eff

 

Is ( d )I p ( d )

 

 

 

ln

 

 

 

,

(2.26)

d

 

Is (0)I p (0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

которые, в свою очередь, могут быть легко определены из экспериментальных данных. eff характеризует эффективность встречного

векторного взаимодействия на фазовой отражательной решетке и не зависит от поглощения света в кристалле, а также от изменений поглощения, происходящих (см. [2, 3]) в процессе ее формирования.

2.4 Приближение неистощаемой накачки

Систему уравнений нелинейных (2.11)-(2.14) можно решить, используя приближение неистощаемой накачки, когда взаимодействующие в кристалле пучки накачки (P) и сигнала (S) имеют интенсивности, удовлетворяющие

неравенству IP (x) IS (x) .

Как следует из (2.24) и (2.25), эти интенсивности, вследствие взаимодействия на отражательной решетке, связаны известным соотношением [2-4]:

IS (x)IP (x) IS (0)IP (0)exp eff x ,

 

 

(2.27)

где эффективный коэффициент усиления

eff

(t) (2 / )n3r

E

SC

(t)

 

0 eff

 

 

определяется эффективными параметрами, учитывающими особенности встречного взаимодействия и динамику формирования решетки: электрооптической постоянной reff и зависящим от времени полем пространственного заряда ESC . Интенсивности волн сигнала и накачки в

кристалле, IS и IP , могут быть определены на входной и выходной гранях

x d и x 0 из измеряемых значений интенсивностей пучков (см. рис. 2.1) из следующих соотношений:

IP ( d ) (1 R)I0

, IP (0)

 

 

IP

, IS ( d )

IS

, IS (0) RIP (0)

RIP

, (2.28)

1

R

1 R

1 R

 

 

 

 

 

где предполагаются равные коэффициенты отражения R от входной и выходной граней кристалла.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]