БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (НЕ)
На этом принципе основано действие параметрического генератора света . При фиксированной частоте W (частоте накачки ) частоты w1 и w2 можно варьировать в широких пределах (сохраняться должна лишь их сумма), изменяя параметры среды, влияющие на выполнение условий синхронизма. С помощью таких генераторов уже сейчас возможно перекрытие длинноволновой части видимого и ближней части инфракрасного диапазонов. Созданы параметрические генераторы света и в далёкой инфракрасной области. Параметрический генератор света — удобный источник света для абсорбционных спектрометров; с его появлением оптики получили перестраиваемый, стабильный, легко управляемый источник когерентного излучения (накладывая на нелинейный кристалл электрическое поле, можно осуществить частотную или амплитудную модуляцию излучения).
Методы Н. о. открывают новые возможности для создания корреляционных спектрографов и спектрографов с пространственным разложением спектра (см. Спектральные приборы , Фурье-спектроскопия ). На рис. 4 изображена схема нелинейного спектрографа с пространственным разложением спектра, в котором используется то обстоятельство, что дисперсия направлений синхронизма в нелинейных кристаллах (рис. 1 ) может быть сильнее, нежели обычная дисперсия вещества. Спектральный анализ в этом случае сопровождается увеличением частоты света (что особенно выгодно при спектральных исследованиях в инфракрасной области) и усилением исследуемого сигнала.
Преобразование сигналов и изображений. Эффект сложения частот, лежащий в основе действия описанного спектрографа, находит и др. применения. Одно из них — регистрация слабых сигналов в инфракрасном диапазоне. Если частота wх лежит в инфракрасном диапазоне, а wн — в видимом, то в видимый диапазон попадает и суммарная частота W, причём коэффициент преобразования может быть >> 1. В видимом же диапазоне регистрация сигнала производится с помощью высокочувствительного фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Система из нелинейного кристалла, в котором происходит сложение частот и ФЭУ, является чувствительным приёмником инфракрасного излучения; такие приёмники находят применение в инфракрасной астрономии. С помощью этой схемы можно не только регистрировать сигнал, но и преобразовывать изображение из инфракрасного диапазона в видимый.
Заключение. Методы Н. о. проникают во все традиционные разделы оптики и лежат в основе ряда её новых направлений (нелинейное вращение плоскости поляризации, нелинейное рассеяние, нелинейная дифракция, нелинейная магнитооптика и т.п.). С ростом напряжённости светового поля обнаруживаются всё новые и новые нелинейные процессы. К сожалению, предельное световое поле, которое может быть использовано в эксперименте, определяется не возможностями лазерной техники, а разрушением среды или изменением её оптических свойств под действием света.
На первом этапе развития Н. о. использовался диапазон волн от 1,06 до 0,3 мкм. Переход к лазерам на CO2 (l = 10,6 мкм ) привёл к открытию нелинейности, связанной с поведением носителей тока в полупроводниках (в видимом диапазоне она практически не проявляется), и обнаружению новых нелинейных материалов. При помощи мощных источников ультрафиолетового излучения возможны исследование нелинейного поглощения в кристаллах и жидкостях с широкой запрещенной зоной, умножение частоты в вакуумном ультрафиолете, создание ультрафиолетовых лазеров с оптической накачкой. В 1971 впервые наблюдались когерентные нелинейные эффекты в рентгеновской области.
Успехи Н. о. стимулировали соответствующие исследования в физике плазмы , в акустике , радиофизике и вызвали интерес к общей теории нелинейных волн. В связи с Н. о. появились новые направления исследования в физике твёрдого тела , связанные с изучением нелинейных материалов и оптической прочности твёрдых тел и жидкостей. Возможно, нелинейными оптическими явлениями в межзвёздной плазме обусловлены и некоторые особенности характеристик квазаров . Не исключено достижение таких интенсивностей лазерного излучения, при которых станет возможным наблюдение нелинейных оптических явлений в вакууме.
Лит.: Ахманов С. А., Хохлов Р. В., Проблемы нелинейной оптики, М., 1964; Бломберген Н., Нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1966; Климонтович Ю. Л., Квантовые генераторы света n нелинейная оптика, М., 1966; Луговой В. Н., Прохоров А. М., Теория распространения мощного лазерного излучения в нелинейной среде, «Успехи физических наук», 1973, т. 111, с. 203—248; Ахманов С. А., Чиркин А. С., Статистические явления в нелинейной оптике, М., 1971; Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969; Ярив А., Квантовая электроника и нелинейная оптика, пер. с англ., М., 1973; Laser handbook, v. 1—2, Amst., 1972.
С. А. Ахманов.
Удвоение частоты света в кристалле ниобата натрия Ba2 NaNb5 O5 . Мощный луч лазера на неодимовом стекле с длиной волны l = 1,06 мкм возбуждает в кристалле излучение удвоенной частоты (вторую гармонику, l = 0,53 мкм ). Зелёный цвет — натуральный цвет излучения второй гармоники; невидимое глазом инфракрасное излучение неодимового лазера регистрируется на специально сенсибилизированной цветной пленке как красное.
Рис. 2. Изменение хода лучей и самофокусировка света в среде с показателем преломления, зависящим от интенсивности света; стрелками показан ход лучей; пунктир — поверхности постоянной фазы; сплошная линия — распределение интенсивности света.
Рис. 1. Сечения поверхностей показателей преломления в кристалле KH2 PO4 (KDP) для частоты излучения неодимового лазера (индекс 1) и его второй гармоники (индекс 2). В плоскости охz сечения для обыкновенных волн (n°) - окружности, для необыкновенных волн (ne ) - эллипсы. Под углом J0 к оптической оси n1 ° = n2 °, а следовательно, равны и фазовые скорости основной обыкновенной волны и второй гармоники необыкновенной волны.
Народное творчество. Керамические поливные свистульки. Тамбовская губерния. 19 в. Исторический музей, Москва.
Схема генератора пятой оптической гармоники. Излучение лазера на неодимовом стекле (l1 =1,06 мкм ), работающим в режиме модулированной добротности, возбуждает цепочку из трёх нелинейных кристаллов KDP, в которых последовательно происходят: удвоение частоты (на выходе кристалла KDP I возникает излучение с l2 =0,53 мкм ), ещё одно удвоение частоты (на выходе KDP II возникает излучение с l4 =0,26 мкм ), сложение частот неодимового лазера и четвёртой гармоники. В результате на выходе кристалла KDP III возникает интенсивное ультрафиолетовое излечение с l5 =l1 /5=0,21 мкм . Цвета на рисунке условные, четвёртая и пятая гармоники лежат в ультрафиолетовой области. Ф1 и Ф2 — фильтры; В — вращающаяся призма.
Рис. 3. Нитевидные разрушения оптического стекла в поле мощного лазера. Тонкая нить — след самофокусированного светового пучка.
Рис. 4. Схема нелинейного спектрографа с пространственным разложением спектра. Часто'ты спектральных линий исследуемого источника wх складываются в нелинейном кристалле с частотой вспомогательного источника (генератора «накачки») wн . На выходе кристалла интенсивное излучение суммарной частоты wн + wх может наблюдаться только внутри весьма узкого угла, для которого выполняется условие волнового синхронизма.
Нелинейные колебания
Нелине'йные колеба'ния, термин, который иногда употребляют, подразумевая колебания в нелинейных системах .
Нелинейные системы
Нелине'йные систе'мы , колебательные системы , свойства которых зависят от происходящих в них процессов. Колебания таких систем описываются нелинейными уравнениями, а сами системы называются Н. с. Нелинейными являются механические системы, в которых модули упругости тел зависят от деформаций последних или коэффициента трения между поверхностями тел зависит от относительной скорости этих тел (скорости скольжения), или, наконец, массы тел зависят от их скоростей; электрические системы, содержащие сегнетоэлектрики, диэлектрическая проницаемость которых зависит от напряжённости электрического поля, и т.д. Указанные зависимости в механических системах приводят соответственно либо к нелинейности связей между напряжениями и деформациями (нарушению закона Гука), либо к нелинейной зависимости сил трения от скорости скольжения, либо, наконец, к нелинейности связи между действующей на тело силой и сообщаемым ему ускорением (если при этом скорость тела меняется по величине). Аналогично в электрических системах оказываются нелинейными: связь между электрическими зарядами и напряжённостью создаваемого ими поля, связь между напряжением на концах проводника и силой протекающего по нему тока (нарушение закона Ома), наконец, связь между силой тока и напряжённостью создаваемого им магнитного поля (магнитной индукцией) в магнетике и др. Каждая из этих нелинейных связей приводит к тому, что дифференциальные уравнения, описывающие поведение Н. с., оказываются нелинейными, откуда и название Н. с.
