17. Эффекты нелинейной оптики.

До сих пор мы рассматривали оптические явления в предпо-

ложении, что интенсивность (вт. см2) световой волны никак не

влияет на физику явления. Так оно и было до тех пор, пока в

оптике оперировали со световыми волнами, напряженность элект-

рического поля которых была пренебрежительно мала по сравнению

с внутренним электрическим полем (10 в девятой степени в/см),

определяющим силы связи оптического электрона с ядром атома.

Однако, с появлением лазеров, опыта со световыми пучками, ин-

тенсивность которых достигает NNNNN вт.см2,(электрическое поле

световой волны соизмерно с внутриатомным, показали, что су-

ществует сильная зависимость характера оптических эффектов при

достижении некоторых пороговых знаний интенсивности.

Оптические эффекты, характер которых зависит от интенсив-

ности излучения называют нелинейными. Далее мы приведем неко-

торые из них.

17.1. Вынужденное рассеяние света.

Случайные изменения плотности среды, обусловленные тепло-

выми движениями молекул (тепловые акустичекие волны), рассеи-

вают световую волну и модулируют ее по частоте, при этом

возникают сателлиты с частотами, равными сумме и разности час-

тот световой волны и тепловых акустичеких колебаний (спонтан-

ное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна). Однако отношение интен-

сивности сателлитов интенсивности падающего излучения

составляет лишь 10 в минус шестой степени.

При увеличении интенсивности падающего излучения выше по-

рогового значения происходит следующее. Под действием электри-

ческого тока из-за явления электрострикации возникают импульсы

избыточного давления, достигающие в поле лазерного луча дес.

тыс. атмосфер. Возникает акустическая волна давления (гипарз-

вук, 10 в 10-ой степени Гц), изменяющая показатель преломления

по закону бегущей волны. Эти изменения показателя преломления

образуют в среде как бы дифракционную решетку, на которой и

происходит рассеяние световой волны. При этом интенсивность

сателлитов становися сравнимой с интенсивностью падающей вол-

ны, а количество их возрастает. Описанный эффект называется

вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.

При достаточно больших интенсивностях падающего излучения

нелинейная среда стать может генератором звука со световой на-

качкой. С помощью лазеров удается возбуждать мощные (до 10

квт) гиперзвуковые колебания во многих жидкостях и твердых те-

лах.

Свой нелинейный аналог и комбинационное рассеяние

(см."Поглощение и рассеяние"). При вынужденном комбинационном

рассеянии мощное световое излучение возбуждает в среде коге-

рентные колебания молекул, на которых и происходит его рассея-

ние с образованием суммарных и разностных сателлитов. Частота

наиболее мощного из них меньше частотоы падающего света на

частоту молекулярных колебаний.

Так, при рассеянии красного излучения лазеров в камере со

сжатым водородом, когда интенсивность достигает пороговой ве-

личины около 10 в 8-ой степени вт/см2, число компонентв рассе-

янном излучении настолько возрастает и их интенсивность нас-

только высока, что, луч, выходящий из газа, из красного

становится белым. Аналогичен опыт по ВКР в жидкостях, напри-

мер, в нитробензоле. Особенность здесь в том, что рассеянные

компоненты с различной длиной волны пространственно разделены

и образуют на экране цветные кольца.

Вынужденное расеяние (ВКР и ВРМБ) применяется, в основ-

ном, для последования структуры и свойств вещества, для изуче-

ния нелинейных процессов в средах. Используется также для на-

качки полупроводниковых ОКР, для управления параметрами

твердотельных ОКГ. Может использоваться для создания преобра-

зователей частоты мощного когерентного света в ультрафиолето-

вой, видимой и особено инфракрасной областях спектра