ОБРАЩЕНИЕ ВОЛНОВОГО ФРОНТА ПРИ ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОМ ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ В РАСТВОРАХ КРАСИТЕЛЕЙ
П.А.Апанасевич, В.А.Запорожченко, Е.В.Ивакин,
В.Г.Коптев, А.М.Лазарук, С.И.Мироненко, А.С.Рубанов
Экспериментально исследован эффект формирования обращенного волнового фронта в просветляющемся растворе красителя при четырехволновом взаимодействии нано- и пикосекундных световых импульсов.
Явлению обращения волнового фронта при вырожденном четырехволновом взаимодействий /1/ посвящено большое.количество работ в связи с его важным научным и прикладным значением. Преимуществами этого типа взаимодействия по сравнению с вынужденным рассеянием /2,3/ являются отсутствие принципиального ограничения на длительность падающих световых импульсов, а также отсутствие частотного сдвига обращенной волны, что в значительной степени расширяет возможности его практического использования.
В данной работе экспериментально исследованы два метода формирования световых полей фазово-сопряженных по отношению к исходным при нелинейном взаимодействии встречных световых пучков в объемной динамической голограмме. В первом методе генерация обращенной водны происходит непосредственно за счет четырехволнового параметрического взаимодействия исходного поля и двух выделенных встречных опорных волн накачки.
В эксперименте использовался рубиновый лазер с активной синхронизацией мод, генерирующий цуг с длительностью каждого импульса 20 пс и расстоянием между ними 11 нп. Интенсивность пикоимпульса в средней части цуга составляла примерно 2∙10
9 вт/см2. Две встречные волны накачки формировались с помощью треугольного интерферометра, состоящего из заркал 1, 2, 3 (рис.1a). Сигнальная волна с интенсивностью 3% от общей ин-
а)
б)
Рис.1. Оптические схемы эксперимента.
тенсивности излучения отражалась от оптического клина 4 и полупрозрачного зеркала 5 и после прохождения через линию задержки 6 падала под углом 30° на слой 7 раствора криптопианина в эталоне толщиной 1 мм. Начальное пропускание слоя составляло примерно 2%. Волновой фронт сигнальной волны искажался неоднородной средой 8, в качестве которой использовалась стеклянная пластинка, травленная в плавиковой кислоте. Обращенная световая волна проходила через полупрозрачное зеркало 5 и ее параметры контролировались.
На рис.2а приведена картина дальней зоны исходного лазерного пучка (
I), искаженного фазовой пластинкой (II) и обращенного пучка, прошедшего через искажающую среду 8 (III). Практическое совпадение кривых I и III свидетельствует о фазово-сопряженном характере волны, генерируемой при четырехволновом взаимодействии.
а)
б)
Рис.2. Денситограммы распределения интенсивности
в дальней зоне световых пучков.
Рис.3 иллюстрирует зависимость интенсивности обращенной световой волны от временной задержки сигнального импульса по отношению к двум импульсам накачки. Полуширина кривой соответствует длительности исходных импульсов в цуге.
В объемных амплитудных динамических голограммах четырехволновое параыатрическое взаимодействие не только обуславливает генерацию фазово-сопряженных световых полей, но и обеспечивает им преимущественные условия распространения. Так, при просветле-
Рис 3. Интенсивность обращенной полни по отношению к обращаемой в зависимости от величины временной задержки.
нии красителя пространственно-неоднородной волной накачки волна, обращенная по отношению к исходной, обладает минимальным поглощением по сравнению с любой другой пространственной конфигурацией встречного поля. Это свойство четырехволнового взаимодействия лежит в основе второго метода формирования обращенного поля за счет селекции по интенсивности. В данном методе отпадает необходимость в выделенных опорных пучках.
Схема экспериментальной установки приведена на рис.1б. Для возбуждения раствора красителя (родалин 6Ж в этаноле) использовалось излучение второй гармоники
YAGiNd лазера (длительность импульса 20 нс, мощность 10 квт). Лазерный пучок искажался фазовой пластинкой 1, после чего фокусировался линзой 2 в кювету с раствором 3. Искажающая пластинка увеличивала расходимость исходного излучения примерно в 30 раз. Обращенная волна формировалась из излучения накачки, прошедшего через кювету и отраженного назад зеркалом 4.
Нa рис.2б представлено распределение интенсивности в дальней зоне исходного лазерного пучка (1) и излучения, распростра-
няющегося в обратном направлении (II). Фазово-сопряженная часть излучения, отраженная зеркалом 4, выделенная за счет селективного поглощения, после прохозвдения фазовой пластинки преобразуется в пучок с той же расходимостью, что и у исходного пучка. Так как вследствие насыщающейся зависимости коэффициента поглощения от мощности накачки дискриминация некоррелированной части излучения назад невысока, в дальней зоне наблюдаются шумы малой яркости в большом телесном угле.
Л и т е р а т у р а
1. Б.И.Степанов, Е.В.Ивакин, Л.С.Рубанов. ДАН СССР. 196, 567, 1971.
2. Б.Я.Зельдович, В.И.Поповичев, В.В.Рагульский, Ф.С.Файзулов. Письма в ЖЭТФ, 15, 160, 1972.
3. A.D.Kudriavtseva, A.I.Sokolovskaia, J.Gazengel, N.Phuxuan, G.Rivoire, Opt.Coimmun., 26, 446, 1978.
