ЛЕКЦИЯ № 16. АНТИСТОКСОВЫ КОМПОНЕНТЫ ВЫНУЖДЕННОГО КОМБИНАЦИОНОГО РАССЕЯНИЯ

Порог вынужденного комбинационного рассеяния. Антистоксовы компоненты вынужденного комбинационного рассеяния. Антистоксово вынужденное комбинационное рассеяние на переходах с инверсией населенности.

Порог вынужденного комбинационного рассеяния.

Принято считать, что порог вынужденного комбинационного рас-

сеяния (ВКР) достигается при показателе экспоненты gz = 30. При таких значениях интенсивность стоксовой компоненты становится соизмеримой с интенсивностью накачки, и для количественного анализа процесса необходимо рассматривать систему (5.13) с учетом изменения поля накачки. Качественно же процесс ВКР на длинах среды, больших lg = 30 g , имеет характер

насыщения и рост Ас прекращается.

При превышении порога интенсивность стоксовой компоненты достигает порога, при котором возможно и ВКР; при этом частота генерируемого

Достижение интенсивности второй стоксовой компоненты порогового значения приводит к ее ВКР и может наблюдаться третья и более высокие стоксовы компоненты:

Достижение порога ВКР зависит как от интенсивности излучения накачки, так от параметров среды и ее агрегатного состояния. В табл. 16.1 приведены характерные параметры сред в разных агрегатных состояниях, на которых процесс ВКР идет наиболее эффективно.

Антистоксовы компоненты вынужденного комбинационного рассеяния.

ЛЕКЦИЯ 16. АНТИСТОКСОВЫ КОМПОНЕНТЫ ВЫНУЖДЕННОГО КОМБИНАЦИОНОГО РАССЕЯНИЯ

Как отмечалось ранее, процесс ВКР сопровождается возникновением излучения, распространяющегося по концентрическим коническим поверхностям, вершина которых находится в среде, в которой этот процесс происходит. При этом коническим поверхностям с номером n соответствуют частоты антистоксова излучения, удовлетворяющие равенстсвам

Характерная направленность антистоксовой компоненты свидетельствует о том, что процесс имеет параметрический характер и направление генерируемого излучения определяется фазовым синхронизмом. Процесс ВКР наблюдается, как правило, в средах, обладающих центром симметрии (см. табл. 16.1), в которых возможны параметрические процессы третьего порядка. Рассмотрим процесс, схема которого приведена на рис. 16.1:

На рис. 16.1 показано: а – схематическое изображение закона сохранения энергии; б – схематическое изображение закона сохранения импульса в ВКРпроцессе возбуждения антистоксовой компоненты.

Процессу соответствуют условия синхронизма в векторном виде:

ωн ωс ωн ωа

kн

ω0

б)

а)

Рис. 16.1

Как видно из соотношения (16.5) волновые векторы стоксовой и антистоксовой компонент не коллениарны как между собой, так и между волновым вектором накачки и вектором стоксовой компоненты, возникшей в процессе ВКР. Возникновение «затравочной» для параметрического процесса

ЛЕКЦИЯ 16. АНТИСТОКСОВЫ КОМПОНЕНТЫ ВЫНУЖДЕННОГО КОМБИНАЦИОНОГО РАССЕЯНИЯ

стоксовой компоненты неколлениарной накачки обусловлено либо рассеянием ее на неоднородностях среды, либо тепловым излучением, всегда существующем при отличной от нуля температуре. Тогда параметрический процесс идет с сохранением энергии и импульса по следующей из соотношений (16.2),

(16.3) схеме:

в которой два фотона накачки исчезают с одновременным рождением двух фотонов на частоте стоксовой и антистоксовой компонент. Система уравнений, описывающая данный процесс антистоксова ВКР, аналогична системе (12.4), из которой, полагая поле накачки заданным, а также пренебрегая эффектами самовоздействия и рассматривая взаимодействие только по оси z, получим

Отсюда видим, что амплитуды стоксовой и антистоксовой компонент экспоненциально растут вдоль оси z.

Антистоксово вынужденное комбинационное рассеяние на переходах с инверсией населенности.

тельных переходах молекул, однако на-ибольший интерес вызывает ВКР с инверсией заселенностей

на атомарных электронных пере-ходах в связи с проблемой генерации коротковолнового ультрафиолетового, вакуумного ультрафиолетового и мягкого

ЛЕКЦИЯ 16. АНТИСТОКСОВЫ КОМПОНЕНТЫ ВЫНУЖДЕННОГО КОМБИНАЦИОНОГО РАССЕЯНИЯ

ультрафиолетового излучения. Действительно, при инверсии заселенностей между уровнями 0–1 ( N1 N0 ) в процессе ВКР рождается антистоксова ком-

понента – см. рис. (16.2). При этом необходимость в резонаторе, создать который в названных выше диапазонах принципиально сложно, отпадает. Излучение накачки в данном случае играет роль «спускового механизма», пускающего процесс генерации когерентного коротковолнового излучения с частотой ωа =ωн +Ω01 , равной сумме частот накачки и перехода, которая мо-

жет лежать в ультрафиолетовом, вакуумном ультрафиолетовом и даже мягком ультрафиолетовом диапазонах. Очевидно, что антистоксова компонента излучается в том же направлении, что и излучение накачки.

Приведенное в лекции исследование показывает, что появление антистоксового компонента при вынужденном комбинационном рассеянии обусловлено резонансным параметрическим процессом третьего порядка. Условия синхронизма выполняются при неколлениарном направлении волновых векторов взаимодействующих волн, что обуславливает направление антистоксовой компоненты по конической поверхности.