Голографический способ преобразования световых пучков Советский патент 1982 года по МПК G03H1/00 H01S3/00 

но возбуждающего интерференционного поля, прямое усиление пучка инвертированной средой в отсутствие донорского пучка, т. е. без голографического усиления, то дополнительное увеличение коэффициента усиления в первом случае по сравнению со вторым невозможно. В лучшем случае каждый из изчков, слабый и донорный, усиливается инвертированной средой независимо от прис тствия другого пучка, Ближайшим известным техническим решением к предлагаемому изобретению является голографический способ преобразования световых пучков путем помеи ения в область схождения зсиливаемого и донорного когерентного пучков нелинейной среды, создания в среде инверсной населенности с помощью внешней накачки 2. Наилучшие условия для голографического усиления света реализуются при смещении решетки показателя преломления относительно записывающего интерференционного поля, в оптимальном случае на фазовый угол л;/2. Общим недостатком в этих случаях является ограиичение достигаемой эффективности усиления, накладываемое наличием поглощения, необходимого для записи решетки показателя преломления. Целью изобретения является увеличение усиления света. Цель достигается тем, что поддерживают инверсную населенность среды с помощью накачки и величиной Г ехр aZ 1 -f aZ -- , где а - коэффициент з силения невзаимодействующих пучков в инвертированной среде, Г и Г - коэффициенты взаимодействия пучков в инвертированной и неинвертированной средах соответственно, Z - толщина образца. При прохол дении двух пучков через материал, обеспечивающий смещение решетки показателя преломления и обладающий инверсной населенностью, по мере усиления каждого из иучков изменяется степень перекачки энергии от донорного пучка к усиливаемому вследствие голографического механизма усиления. Покажем, что при этом возможно не простое сложение каждого из указанных механизмов усиления, а значительное дополнительное усиление. Усиление t-ro пучка вследствие его прохождения через среду с инверсной заселенностью в отсутствие другого пучка определяется соотношением /,. /ДО)(I) где /г(0)-начальная (при ) интенсивность пучка; ia. - интенсивность после усиления в среде с толщиной Z и коэффициентом усиления а. Здесь и далее предполагается, что интенсивность накачки, приводящая к инверсной населенности, достаточно велика, так что значения а при прямом и при голографическом усилении в инвертированной среде одинаковы. Вычисление голографического заиления в среде с инверсной заселенностью представляет значительные трудности: эта задача требует решения нелинейной системы уравнений Максвелла и материальных уравнений среды. Для обоснования неаддитивности эффекта усиления методы решения такой системы применены для расчета голографического усиления в материале со смещенной решеткой показателя преломления при условии его инверсной заселенности. Изменение интенсивностей когерентных пучков света /+ и /-ь пересекающихся в среде со светоиндуцируемым изменением показателя преломления, при их прохождении вдоль оси Z по толщине образца можно представить в виде разложения по /±1, включающего члены второго порядка +1, , : «/.1 ±Г где в квадратичном члене оставлена только интерференционная часть, описывающая взаимодействие пучков; коэффициент разложения Г будем называть коэффициентом взаимодействия пучков; /(0)/(0) + (0). Для инвертированной среды , значение Г в этом случае будем обозначать Г. Величины Г, Г зависят от коэффициента поглощения в нормальной или соответственно от коэффициента усиления в инвертированной среде и от различных параметров системы, в зависимости от механизма светоиндуцируемого изменения иоказателя преломления (например, от электрооптического коэффициента, температурЕя, угла схождения пучков и др. в электрооптических кристаллах). Однако здесь явные выражения Г не требуются, реальные же численные значения Г использованы в приведенных оценках. Решение приведенной системы уравнений для /ь 1-1 приводит к выражению для интенсивности пучка, в который происходит голографическая перекачка энергии ll(Z) f(Q) + me, где т I, (0)//1 (0), Q- -(). Изменение интенсивности цучка при голографическом усилении в неинвертированной среде без учета потерь на поглощение выражается известной формулой lir f(Q),(3)