Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма Научный руководитель: В. Г. Беспалов, Государственный Оптический Институт имени С. И. Вавилова Н. С. Макаров, Санкт-Петербургский Институт Точной Механики и Оптики (Технический Университет)

Макаров Н.С., В.Г., Постановка задачи ВКР-активная среда Нелинейность (2) Нелинейность (3) H2H2 H2H2 H2H2 H2H2 (3) 0 (3) =0 z I 2w LкLк d 31 c-axis LкLк Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Макаров Н.С., В.Г., Принцип фазового квазисинхронизма ВКР Обобщенная фаза на выходе из пассивных слоев практически не изменяется, что, в конечном итоге, приводит к реализации фазового квазисинхронизма, рад (3) 0 (3) =0

Системы уравнений ВКР Макаров Н.С., В.Г., Стационарное ВКР Нестационарное ВКР ВКР с учетом дифракционных эффектов j – волновые расстройки, g – стационарный коэффициент ВКР-усиления, j – частоты волн, E j – комплексные амплитуды волн Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Нитрат барияВодород Учет дисперсии стационарного коэффициента ВКР-усиления Макаров Н.С., В.Г., Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Многоволновое ВКР в водороде и нитрате бария Макаров Н.С., В.Г., ВодородНитрат бария Без дисперсии g: P – накачка, S1, S2, S3 – первый, второй и третий Стокс; С дисперсией g: P – накачка, S1, S2, S3 – первый, второй и третий Стокс Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Многоволновое стационарное ВКР в условии фазового квазисинхронизма Макаров Н.С., В.Г., ВодородНитрат Бария 1 – накачка, 2 – первый Стокс, 3 – первый анти-Стокс, 4 – второй Стокс Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Влияние высших ВКР-компонент на точность вычислений Макаров Н.С., В.Г., Для повышения точности вычислений необходимо учитывать генерацию по крайней мере 4-х стоксовых и 4-х антистоксовых компонент ВКР Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Многоволновое стационарное ВКР: периодическая структура Макаров Н.С., В.Г., ВодородНитрат бария 1 – накачка, 2, 4, 6 – первый, второй и третий Стокс, 3, 5, 7 – первый, второй и третий анти-Стокс Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Зависимость эффективности антистоксового ВКР-преобразования от длин слоев периодической структуры Макаров Н.С., В.Г., Реализация периодической слоистой структуры требует высокой точности выбора длин пассивных слоев, так как даже при небольшой погрешности происходит существенное снижение эффективности антистоксового ВКР-преобразования Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Макаров Н.С., В.Г., Многоволновое нестационарное ВКР в условии фазового квазисинхронизма 1 – накачка, 2 – первый Стокс (62%), 3 – первый анти-Стокс (19%), 4 – второй анти-Стокс (0.01%) Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Зависимость длины среды и числа слоев от соотношения t 1/2 /T 2 Макаров Н.С., В.Г., Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Эффективность антистоксового ВКР- преобразования в зависимости от t 1/2 /T 2 в периодической слоистой структуре Макаров Н.С., В.Г., Как для водорода, так и для нитрата бария в фиксированной периодической структуре возможно эффективное преобразование импульсов с длительностью от 3 нс и более ВодородНитрат бария t 1/2 /T 2 Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Зависимость эффективности антистоксового ВКР-преобразования от числа Френеля активного волновода Макаров Н.С., В.Г., ВодородНитрат бария При числе Френеля больше 3 влиянием дифракционных эффектов на реализацию условий фазового квазисинхронизма при ВКР можно пренебречь Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Зависимость эффективности антистоксового ВКР-преобразования от положения перетяжки гауссова пучка Макаров Н.С., В.Г., ВодородНитрат бария Эффективность преобразования максимальна, когда перетяжка пучка находится внутри ВКР-активной среды Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Выводы Макаров Н.С., В.Г., Учет генерации высших стоксовых и антистоксовых компонент ВКР приводит к уменьшению общей длины ВКР-активной среды и практически не влияет на эффективность антистоксового ВКР-преобразования Эффективность генерации высших стоксовых и антистоксовых компонент ВКР сильно зависит от дисперсии рамановской нелинейности Применение периодической слоистой структуры для реализации условий фазового квазисинхронизма практически не снижает эффективность антистоксовой ВКР-генерации Максимальная эффективность антистоксового ВКР-преобразования практически не зависит от длительности импульса, однако длина среды, на которой эта эффективность достигается, и количество необходимых для этого слоев существенно зависят от длительности импульса В фиксированной периодической слоистой структуре, оптимальной для реализации фазового квазисинхронизма при стационарном ВКР, как в водороде, так и в нитрате бария, возможно эффективное преобразование импульсов с длительностью от 3 нс и более При числе Френеля равном трем эффективность антистоксового ВКР-преобразования достигает своего максимального значения и с дальнейшим ростом числа Френеля практически не изменяется Эффективность антистоксового ВКР-преобразования максимальна в том случае, когда перетяжка гауссова пучка находится внутри ВКР-активной среды Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003

Список литературы Макаров Н.С., В.Г., V.G. Bespalov, N.S. Makarov Quasi-phase matching anti-Stokes SRS generation, Proc. SPIE, vol. 4268, 2001, pp V.G. Bespalov, N.S. Makarov Quasi-phase matching generation of blue coherent radiation at stimulated Raman scattering, Optics Communications, 203 (3-6) (2002) pp V.G. Bespalov, N.S. Makarov SRS generation of anti-Stokes radiation under phase quasi-matching conditions, Optics & Spectroscopy, vol. 90, No. 6, 2001, pp V.G. Bespalov, N.S. Makarov Transient quasi-phase matching SRS generation, Proc. SPIE, (ICONO-2001), 2001 (accepted for publication). N.S. Makarov Аналитическое решение задачи усиления антистоксовой компоненты вынужденного комбинационного рассеяния в условиях фазового квазисинхронизма в оптических волокнах, в книге Современные технологии, стр , СПб, V.G. Bespalov, N.S. Makarov Simultaneously Stokes and anti-Stokes Raman amplification in silica fiber, Proc. SPIE, vol. 4638, 2002, pp W.K. Bischel, M.J. Dyer Wavelength dependence of the absolute Raman gain coefficient for the Q(1) transmission in H2, J. Opt. Soc. Am. B, vol. 3, 1985, pp Генерация и усиление антистоксового излучения при вынужденном комбинационном рассеянии в условиях фазового квазисинхронизма; Санкт-Петербург, 3 апреля 2003