Лазер как источник оптического излучения; принцип работы лазера; условие стационарной генерации (баланс фаз и баланс амплитуд).

Генератор излучения в оптическом диапазоне называется лазером. Лазер - это генератор электромагнитного излуче­ния оптического диапазона, принцип действия которого основан на использо­вании вынужденного излучения. Лазер включает в себя три основных элемента; лазерную активную среду, систему накачки и оптический резонатор.

Среда, в которой создана инверсная населенность хотя бы для одной пары энергетических уровней и которая способна усиливать излучение на частоте лазерного перехода, называется лазерной активной средой. Квантовые перехо­ды между уровнями с инверсной населенностью называются лазерными переходами.

Процессы, приводящие к возникновению инверсной населенности в актив­ной среде, называются накачкой, а физическая система, обеспечивающая эти процессы, — системой накачки. Вещество, в котором в процессе накачки мо­жет быть создана лазерная активная среда, называется лазерным веществом.

Оптический резонатор — это система отражающих, преломляющих, фоку­сирующих, дисперсионных и других оптических элементов, в пространстве между которыми могут возбуждаться определенные типы колебаний электро­магнитного поля оптического диапазона, называемые собственными колеба­ниями или модами резонатора.

Лазер работает на принципе индуцированного излучения. Допустим, что на атом падает фотон с энергией , где и — какие-либо два энергетических уровня атома. Если атом находится на нижнем уровне, , то падающий фотон может погло­титься. Если же атом находится на верхнем уровне ,то может произойти вынужденный переход на нижний уровень с испу­сканием второго фотона. Индуцирований излученный фотон харак­теризуется не только той же частотой со (как и при спонтанном излучении), но также теми же фазой, поляризацией и направлением распространения. Вместо одного падающего фотона получается два тождественных фотона. Эта особенность индуцированного излуче­ния и используется в лазерах.

Нелинейная поляризация среды в поле интенсивного лазерного излучения; оптическое детектирование и генерация гармоник

НЕЛИНЕЙНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ среды- поляризация среды, зависящая нелинейно от напряжённости мощного электрич. поля Е эл--магн. (в частности, световой) волны. Описывается вектором нелинейной поляризации Рнл = Р - Рлин. Такая зависимость проявляется при облучении среды интенсивными световыми (лазерными) пучками, в к-рых напряжённость электрич. поля сравнима с внутриатомными и внутримолекулярными полями..

Генерация второй гармоники — явление рождения вторичных электромагнитных волн удвоенной частоты в результате нелинейного взаимодействия электромагнитной волны с веществом.

При падении электромагнитной волны небольшой амплитуды на диэлектрик суммарный дипольный момент единицы объёма (поляризация диэлектрика) пропорционален амплитуде волны. Это и приводит к рождению вторичных волн удвоенной, утроенной и т. д. частоты (из тригонометрии известно, что

-Оптическое выпрямление (или оптическое детектирование), т.е. появление статическое электрической поляризации в сильных световых полях.

-Генерация гармоник, т.е. возбуждение проходящей световой волной частоты ω волн с частотами 2ω, 3ω, …

-Можно записать:
где

- параметр ангармоничности.

Нелинейной поляризацией объясняют возникновение таких эффектов, как генерация гармоник, смешение частот, самовоздействие и кроссвзаимодействие эл--магн. волн, вынужденное рассеяние света,нелинейное поглощение, эл--оптич. и магн--оптич. эффекты и т. д.