Способ усиления и генерации волн Советский патент 1983 года по МПК G03H1/00 H01S3/10 

(Б) СПОСОБ УСИЛЕНИЯ И ГЕНЕРАЦИИ ВОЛН

.. Л Изобретение относится к нелинейной оптике, а также к нелинейной волновой механике и может быть использовано в лазерной технике и акустике. Известен способ генерации волн на основе явления обращения волнового фронта (ОВФ)состоящий в том, что после прохождения фазово-неоднородной среды испорченный пучок света удается исправить. Каждый элементарный луч пучка на основе вынужденного рассеяния отражается точно назад и вновь проходит по своей индивидуальной трас се в обратном направлении и тем самым фазовые искажения компенсируются пучок выпрямляется . Однако известный способ ОВФ при вынужденном расстоянии не позволяет получить одновременного усиления обращенного сигнала и работает только в узкой спектральной области прозрач ности нелинейного вещества. Наиболее близким к предложенному изобретению является способ усиления и генерации волн, включающий формирование нелинейного усилительного элемента и многократное взаимодействие опорной и сигнальной волн с перераспределением энергии из опорной волны в сигнальную. В качестве нелинейного элемента используют четырехволновое обращающее зеркало, формируемое в объеме жидкости, при этом реализуют многократное усиление и гe нерацию волн в узком спектральном интервале, ограниченном диапазоном прозрачности объемной среды -23 . Однако преобразование пучка излучения происходит хоть и без ухудшения направленности, но с изменением структуры пучка с обращением его волнового фронта. Кроме того, усиление пучков происходит из-за перекачки энергии из опорных волн принципиально более высокого качества (с минимальной расходимостью, отвечающей дифракционному пределу). Цель изобретения - расширение спектрального диапазона используемых и генерируемых волн и их типов и обес печение высокой направленности генерируемых волн. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу усиления и генерации волн, включающему формирование нелинейного усилительного элемента и многократное взаимодействие опорной и сигнальной волн с перераспределением энергии из опорной волны в сигнальную, формируют нелинейный усилительный элемент в виде динамической поверхности голограммы за счет многократного взаимодействия опорной и сигнальной волн, причем в качесяве сигнальной волны используют часть опорной волны, рассеянную на случайных флуктуациях при отклике поверхности, на которой формируют динамическую голограмму при облучении опор ной волной. Способ реализуется следующим образом. С помощью интерференции опорной и сигнальной волны Ма границе конденсированного вещества возбуждают соот ветствующие динамические поверхности голограммы. Посредством этих голограмм можно усилить сигнальную волну за счет перекачки энергии из опорной волны. При этом коэффициент усиления сигнала в случае мгновенного отклика поа,ерхности на интенсивность излучения равен I Гд+ p /F-tjb/. Где г г(| EO/ + ) - коэффициент отражения поверхности, зависящий от интенсивности падающего на него излучения; ЕО - амплитуда мощной опорной волны; Eg -Jамплитуда слабой волны .сигнала;ft- - характеризует нелиней ные свойства поверхностиL EoP средняя по площади взаимодействия ин тенсивность опорной волны. Возможность усиления сигналов высокой направленности динамическими поверхностными голограммами приводит к-возможности создания параметрического генератора высоконаправленного излучения, накачиваемого мощной, но расходящейся опорной волной. Для этого например направляют опорную волну накачки под углом oi на нелиней ную поверхность с отражением г (3). Опорная волна рассеивается на случай ных флуктуациях при отклике поверхности на облучение. Если далее ставят угловой селектор, например, резо 10 53 натор типа поверхность-зеркало, то некоторая часть рассеянного излучения играет роль затравочных волн. В данном случае затравкой может служить волна сигнала. Путем интерференции опорной волны с затравочной получают неоднородный профиль интенсивности поля у поверхности вещесТ-ва, в результате чего пространственно-модулированным образом влияют на саму поверхность. Тем самым подчеркивают образо.вавшуюся на поверхности решетку, увеличивая эффективность перерассеяния опорной волны в волну Е.. Рост 15 амплитуды генерируемой волны и амплитуды отклика поверхности среды продолжаются до тех пор, пока поверхностная голограмма не приводит к заметным дополнительным потерям в резонаторе за счет перерассеяния волны Е не только.в Е, но и в остальные; максимумы дифракции. При этом достигают стационарного режима генерации. Высокая направленность генерируемого излучения обеспечивается угловым селектором внутри резонатора. На чертеже показана мощная опорная расходящаяся волна Ер, падающая под углом 0 на поверхности среды, у которой отражение зависит от интенсивности rQ). Е . - волна сигнала просто волна рассеянная на флуктуациях коэффициента отражения поверхности. Для возбуждения генератора она играет роль затравочной волны. Е„ - волна, идущая навстречу Е, получаемая за счет обычного отражения от выходного зеркала или экрана R. Пунктиров показано среднее значение коэффициента отражения поверхности, волной - г(1), т.е. наведенное интерференционной картиной меняющееся по времени и от места к месту отражение. Это и есть запечатленная в какой-либо момент времени динамическая поверхностная голограмма. Е.„ - узконаправленная волна генерации. Предложенный способ усиления и генерации волн позволяет расширить спектральный диапазон (от звуковых волн в прототипе до любых длин волн, для которых удается сформировать пове рхностную отражательную динамическую голограмму) используемых и гене- рируемых волн и их типов (снижение требований к структуре опорной волны) и обеспечивает высокую направленность генерируемого излучения. Формула изобретения Способ усиления и генерации волн, включающий формирование нелинейного усилительного элемента и многократное взаимодействие опорной и сигнальной волн с перераспределением ;энергии из опорной волны в сигнальную, отличающийся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона используемых и генерируемых волн и их типов и обеспечения высокой направленности генерируемых волн, форми руют нелинейный усилительный элемент в виде динамической поверхностной гог1ограммы за счет многократного

f ЬООООООООЛЛХХХХУХЬЛЛХХу)ЛХХХХХХУЧ2

f. r(:}}.

f 3 взаимодействия опорной и сигнальной волн, причем в качестве сигнальной волны используют часть опорной волны, рассеянную на случайных флуктуациях при отклике поверхности, на которой формируют динамическую голограмму, при облучении опорной волной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Диплом на открытие N ZTs, 12.07.79. . 2.Т. Feinberg, R.W. Hell-warth, Phase conjugating mirror withcontinous-wave gain. Opt. Lett. S, (12), p.519-521, 1980 (прототип).