|
Проблемы нелинейной оптики (Электромагнитные волны в нелинейных диспергирующих средах) 1961—1963 |
Ахманов С. А., Хохлов Р. В. |
год издания — 1964, кол-во страниц — 296, тираж — 1500, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 410 гр., издательство — ВИНИТИ |
серия — Итоги науки |
цена: 2000.00 руб | | | | |
|
Сохранность книги — хорошая
Формат 60x90 1/16 |
ключевые слова — нелинейн, оптик, радиофиз, колебан, колебательн, когерентн, лазер, комбинацион, мандельштам, врмб, вкр, волн, электродинам, укороченн, гармоник, самофокус, филаментац, синхрониз, диссип, поляризац, трёхчастот, четырёхчастот, параметрическ, высокочастот |
Настоящий выпуск серии «Итоги науки» представляет собой изложение основ нелинейной оптики прозрачных диспергирующих сред. Библиография к книге содержит около 250 названий работ, опубликованных до августа 1963 г. Книга рассчитана на научных работников и инженеров, работающих в области оптики и радиофизики. Она будет полезна также преподавателям, аспирантам и студентам старших курсов физических и физико-технических факультетов.
Несмотря на то, что радиофизика и оптика имеют дело с колебаниями и волнами одной природы — электромагнитными колебаниями и волнами, экспериментальные средства, находившиеся в распоряжении радиофизиков и оптиков, до последнего времени были существенно различными.
Если в радиофизике уже давно были разработаны весьма эффективные методы получения интенсивных когерентных колебаний, то создание аналогичных устройств в оптике встречало существенные трудности.
Создание электронных ламп и построение на их основе автоколебательных систем, различных преобразователей, детекторов явилось мощным стимулом для разработки нелинейной теории колебаний. К настоящему времени, в результате большого цикла работ, проведённых Б. Ван-дер Полем, советской школой теории колебаний, связанной с именами Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси, А. А. Андронова, работ Н. М. Крылова и Н. Н. Боголюбова, теория нелинейных колебаний превратилась в весьма развитую научную дисциплину, являющуюся по существу основой радиофизики и радиотехники. В противоположность радиофизике удельный вес нелинейных задач в оптике до последнего времени был весьма невелик. В большинстве практически интересных оптических задач среда с достаточной степенью точности могла рассматриваться как линейная.
В последние годы положение вещей здесь существенно изменилось. Бурный прогресс квантовой электроники, начавшийся после пионерских работ, проведённых в СССР Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым и в США Ч. Таунсом и его сотрудниками, привёл к созданию мощных генераторов когерентного светового излучения — лазеров, позволяющих получать напряжённости поля световой волны 105—106 в/см. При таких полях начинают существенно проявляться нелинейные эффекты в твёрдых телах, жидкостях и газах; при этом световые волны в среде искажаются, и нарушается принцип суперпозиции. Оптика интенсивных световых пучков получила поэтому название нелинейной оптики. Здесь после первых опытов по удвоению частоты света, проведённых П. Франкеном (США), возникла обширная литература (первый её сбзор на русском языке был дан Э. В. Шпольским, УФН, 1962, июль). Число опубликованных к настоящему времени теоретических и экспериментальных работ в этой новой и чрезвычайно перспективной области физики быстро возрастает и уже сейчас приближается к сотне.
Следует отметить, что хотя широкий размах экспериментальных работ по нелинейной оптике стал возможным лишь после создания лазеров, ряд важных исследований в этой области был проведён значительно раньше. В первую очередь должны быть упомянуты работы по комбинационному рассеянию света. «Модуляционная» трактовка явления, данная Л. И. Мандельштамом, показала, что здесь мы имеем дело по существу с взаимодействием колебаний.
Интерес к перенесению радиофизических идей и методов в оптику проявлялся сотрудниками Л. И. Мандельштама и в последующие годы. Так, в диссертации С. М. Рытова «Модулированные колебания и волны» (Москва, 1938 г.) рассматривались задачи о распространении волн в средах с переменными параметрами, а в цикле работ Г. С. Горелика, выполненных в 1947—1950 гг., предлагались различные варианты опытов по нелинейному взаимодействию световых волн.
Очень ясная и чёткая физическая постановка задачи о нелинейных взаимодействиях в оптике принадлежит С. И. Вавилову («Микроструктура света», Москва, 1950 г. )[В этой же монографии С. И. Вавиловым был введен и термин «нелинейная опгика»]. Обсуждая качественную картину нелинейных эффектов, возникающих при распространении световых воли, С. И. Вавилов отмечал, что «физика настолько свыклась с линейностью обыденной оптики, что до сих пор нет даже формального строгого математического аппарата для решения реальных «нелинейных» оптических задач». Работы последних лет позволяют в какой-то мере заполнить этот пробел. При этом весьма плодотворным здесь оказывается перенесение в нелинейную оптику идей и методов нелинейной теории колебаний.
В настоящей книге сделана попытка изложить современное состояние нелинейной оптики. Разумеется, дать полное представление о такой бурно развивающейся области в одной книге вряд ли возможно. Поэтому нам представлялось целесообразным ограничиться в первую очередь нелинейной оптикой пассивной слабопоглощающей среды. В этой области целый ряд задач удаётся рассмотреть на общей методической основе — с помощью метода медленно меняющихся амплитуд, распространённого на волновые задачи.
Книга состоит из шести глав, посвящённых различным аспектам нелинейной оптики прозрачной среды. Нам представлялось целесообразным предпослать книге довольно обширное введение, посвящённое качественному рассмотрению возникающих здесь проблем.
К книге приложен список литературы, в который включены статьи, вышедшие в свет до июля 1963 г.
При написании книги мы пользовались помощью наших товарищей по работе. Мы особенно признательны В. Г. Дмитриеву, результаты совместных работ с которым были использованы при написании гл. III—IV, В. И. Жарикову, оказавшему помощь при написании гл. V, и А. И. Ковригину за полезные дискуссии по проблемам экспериментальной нелинейной оптики. Большую помощь при оформлении рукописи нам оказали Т. М. Ильинова и О. Н. Чунаев.
Мы считаем своим приятным долгом выразить признательность проф. С. М. Рытову и участникам руководимого им радиофизического семинара за интерес к нашей работе и дискуссии. Мы признательны также участникам семинара лаборатории колебаний Физического Института АН СССР и особенно чл.-корр. АН СССР А. М. Прохорову за полезное обсуждение рукописи книги.
Мы приносим искреннюю благодарность Ф. В. Бункину и В. П. Силину, взявшим на себя труд очень внимательно ознакомиться с рукописью и высказавшим ряд ценных замечаний, учтённых при окончательной редакции книги.
Нам бы хотелось выразить глубокую признательность научному редактору Ю. Л. Климонтовичу за замечания и очень ценные обсуждения проблем, затронутых в книге. Ю. Л. Климонтовичем написаны § 5—6 и п. 8.2 § 8 гл. I, посвящённые статистической теории нелинейной поляризации, недостаточно освещённой в первоначальном варианте рукописи. Им же написано и дополнение к гл. II (§ 7).
Мы благодарны проф. С. Д. Гвоздоверу и проф. В. В. Мигулину за интерес и поддержку нашей работы.
Мы весьма признательны редакции реферативного журнала «Физика» и в особенности О. М. Атаеву за внимание и помощь.
ПРЕДИСЛОВИЕ Москва 1. XI. 1963 г. Авторы
|
ОГЛАВЛЕНИЕПредисловие | 3 | | Введение | 6 | | § 1. Нелинейные эффекты при распространении бегущих волн. | Уравнения электродинамики нелинейной среды. Роль дисперсии | и поглощения | 6 | п. 1.1. Нелинейные эффекты при распространении бегущих волн | 6 | п. 1.2. Уравнения электродинамики нелинейной среды | 10 | § 2. Краткая характеристика содержания книги | 21 | | Г л а в а I. Нелинейная поляризация слабопоглощающей | диспергирующей ореды | 25 | | § 1. Введение | 25 | § 2. Элементы классической динамической теории поляризации | линейной среды | 26 | § 3. Динамическая нелинейная поляризация кристалла, обладающего | центром инверсии (среда с кубичной поляризацией — «кубичная» | среда) | 30 | § 4. Среда с квадратичной поляризацией («квадратичная среда») | 36 | § 5. Статистическая теория нелинейной поляризации — классическое | рассмотрение | 40 | п. 5.1. Тензоры нелинейной поляризуемости среды без потерь | 40 | п. 5.2. О действующем поле | 51 | § 6. Статистическая теория нелинейной поляризации — квантовое | рассмотрение | 52 | § 7. Свойства симметрии тензора нелинейной поляризуемости | квадратичной среды | 61 | п. 7.1. Общий случай | 61 | п. 7.2. Слабодиспергирующая среда | 66 | § 8. Дисперсия тензора нелинейной поляризуемости. О квадратичных | эффектах в средах, обладающих центром инверсии | 68 | п. 8.1. Дисперсия тензора нелинейной поляризуемости | 68 | п. 8.2. О квадратичных эффектах в средах, обладающих центром | инверсии | 70 | п. 8.3. Мера нелинейности среды в неквазистационарных задачах | 76 | п. 8.4. Заключение. Ограничения современной теории нелинейной | поляризации | 77 | | Г л а в а II. Основы теории волн в нелинейной диспергирующей среде | 79 | | § 1. Введение | 79 | § 2. Волны в линейной анизотропной диспергирующей среде | 81 | п. 2.1. Нулевое приближение (μ=0). Собственные волны | анизотропной непоглощающей среды | 81 | п. 2.2. Первое приближение (μ!=0); укороченные уравнения для | поглощающей среды | 83 | § 3. Взаимодействие волн в нелинейных анизотропных средах | 88 | п. З.1. Квадратичная среда. Укороченные уравнения | 88 | п. 3.2. Энергетические соотношения при трёхчастотных | взаимодействиях в квадратичной среде. Обсуждение | 92 | п. 3.3. О взаимодействии волн в кубичной среде | 93 | § 4. Общая характеристика взаимодействий волн в нелинейных | диспергирующих средах. Краевые задачи. Вторичные упрощения | укороченных уравнений. Сторонние силы в нелинейной среде | 96 | п. 4.1. Краевые задачи; классификация нелинейных взаимодействий | 96 | п. 4.2. Сторонние силы в нелинейной среде. Укороченные уравнения | неоднородной задачи электродинамики нелинейной среды | 104 | п. 4.3. О средах с переменными параметрами | 108 | § 5. Поверхностные нелинейные взаимодействия. Отражение плоской | электромагнитной волны от границы нелинейной среды | 115 | п. 5.1. Постановка задачи | 115 | п. 5.2. Нулевое приближение. Отражение от границы линейной | изотропной среды | 118 | п. 5.3. Первое приближение. Возникновение гармоник в поле | отражённой волны | 119 | § 6. О пространственно-временной аналогии в теории нелинейных | систем | 125 | § 7. Обобщённые укороченные уравнения и законы сохранения для | нелинейной среды с временной и пространственной дисперсией | 128 | | Г л а в а III. Искажения смодулированных электромагнитных волн в | нелинейных диспергирующих средах. Генерирование оптических | гармоник | 145 | | § 1. Введение | 145 | § 2. Дисперсионные и нелинейные свойства однородных сред, | допускающих когерентное генерирование второй гармоники | 147 | п. 2.1. Условия синхронизма в анизотропной среде | 147 | п. 2.2. Нелинейные свойства среды, конкретизация укороченных | уравнений | 154 | § 3. Генерирование второй гармоники в среде с квадратичной | поляризацией | 160 | п. 3.1. Укороченные уравнения для нелинейной среды без потерь | 160 | п. 3.2. Среда без потерь. Первые интегралы укороченных уравнений. | Анализ на фазовой плоскости. Решения в приближении | заданного поля | 161 | п. 3.3. Влияние линейных потерь в среде на генерацию второй | гармоники | 171 | п. 3.4. Об эффектах насыщения при генерации второй гармоника | в диссипативной среде | 173 | § 4. Генерирование второй гармоьики в среде, диэлектрическая | постоянная которой зависит от напряжённости поля | распространяющейся волны | 175 | § 5. О генерировании вторых гармоник в неоднородных средах. | Схемы компенсации расстройки фазовых скоростей | взаимодействующих волн. Теория удвоения частоты в резонаторе типа | Фабри-Перо | 180 | п. 5.1. Об увеличении длины когерентного взаимодействия в | неоднородной среде Схемы компенсации | 180 | п. 5.2. Переходные процессы и установившиеся колебания в | одномерном резонаторе Фабри-Перо, заполненном | нелинейной средой с квадратичной поляризацией | 182 | § 6. Генерирование третьей гармоники в квадратичной среде — | последовательные трёхчастотные взаимодействия | 187 | § 7. О генерировании третьей гармоники в кубичной среде — пример | четырёхчастотного взаимодействия | 195 | | Г л а в а IV. Параметрические эффекты в оптике | 195 | | § 1. Введение | 197 | § 2. Нерезонансное параметрическое усиление бегущих волн в | квадратичной среде | 198 | п. 2.1. Параметрическое усиление при высокочастотной накачке | 199 | п. 2.2. Параметрическое преобразование частоты | 203 | п. 2.3. О параметрическом усилении при низкочастотной накачке | 205 | § 3. Эффекты насыщения при параметрическом усилении бегущих | волн в квадратичной среде. О перестраиваемом параметрическом | генераторе света | 207 | п. 3.1. Режим насыщения усилителя с высокочастотной накачкой | 207 | п. 3.2. О параметрическом генераторе света | 211 | § 4. Нерезонансное параметрическое усиление в кубичной среде | 219 | п. 4.1. Параметрическое усиление в кубичной среде при наличии | статического поля | 219 | п. 4.2. О параметрическом усилении при четырёхчастотных | взаимодействиях | 225 | § 5. Резонансные параметрические эффекты — вынужденное | комбинационное рассеяние | 226 | | Г л а в а V. Модулированные волны в нелинейных диспергирующих | средах | 237 | | § 1. Введение | 237 | § 2. Модуляция света в оптически анизотропных кристаллах | 239 | § 3. Устройства с длительным воздействием поля модуляции на | световую волну | 242 | § 4. Модуляция света в оптически иютропных кристаллах | 245 | § 5. Преобразование формы модуляции при параметрическом | усилении бегущих волн | 250 | | Г л а в а VI. Экспериментальная нелинейная оптика | 255 | | § 1. Введение | 255 | § 2. Генерирование вторых гармоник в квадратичных средах | 256 | п. 2.1. Экспериментальные методы. Эксперименты при малых | уровнях мощности | 256 | п. 2.2. Эксперименты при высоком уровне мощности основного | излучения | 264 | п. 2.3. Пространственная и временная структура излучения | второй гармоники. Факторы, определяющие дпину когерентного | взаимодействия | 266 | п. 2.4. Спектр второй гармоники | 274 | п. 2.5. О кристаллах, допускающих генерирование второй | гармоники. Значения компонент тензора χ | 274 | § 3. Другие нелинейные эффекты в квадратичной среде. Оптическое | детектирование. Генерирование комбинационных частот. | Поверхностные эффекты | 276 | § 4. Нелинейные эффекты в кубичной среде. Вынужденное | комбинационное рассеяние | 278 | п. 4.1. Нелинейные эффекты в кубичной среде | 278 | п. 4.2. Эксперименты по вынужденному комбинационному | рассеянию | 279 | | З а к л ю ч е н и е | 281 | Список литературы | 283 |
|
Книги на ту же тему- Нелинейная теория распространения волн, Лайтхилл М., ред., 1970
- Макроскопическая электродинамика: Учебное пособие для студентов физ. спец. вузов, Галицкий В. М., Ермаченко В. М., 1988
- Нелинейные волны, Лейбович С., Сибасс А., ред., 1977
- Принципы нелинейной оптики, Шен И. Р., 1989
- Физические основы квантовой электроники (оптический диапазон), Тарасов Л. В., 1976
- Нелинейная оптика молекулярных кристаллов, Коренева Л. Г., Золин В. Ф., Давыдов Б. Л., 1985
- Нелинейные волны 2012, Литвак А. Г., Некоркин В. И., ред., 2013
- Теория волн, Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П., 1979
- Нелинейные колебания в механических и электрических системах, Стокер Д., 1952
- Известия высших учебных заведений. Радиофизика: Нелинейные волны, 1976
- Солитоны в математике и физике, Ньюэлл А. С., 1989
- Парадоксы мира нестационарных структур, Ахромеева Т. С., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г., 1985
- Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса, Заславский Г. М., Сагдеев Р. 3., 1988
- Солитоны и нелинейные волновые уравнения, Додд Р., Эйлбек Д., Гиббон Д., Моррис Х., 1988
- Нелинейная динамика гравитационных волн на глубокой воде, Юэн Г., Лэйк Б., 1987
- Взаимодействие волн в неоднородных средах, Заславский Г. М., Мейтлис В. П., Филоненко Н. Н., 1982
- Взаимодействие одномерных волн в средах без дисперсии, Васильева О. А., Карабутов А. А., Лапшин Е. А., Руденко О. В., 1983
- Математическая теория распространения электромагнитных волн, Бейтмен Г., 1958
- Вопросы теории плазмы. Выпуск 7, Леонтович М. А., ред., 1973
- Основы электродинамики плазмы: Учебник для физических специальностей университетов. — 2-е изд., перераб. и доп., Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А., 1988
- Устройства первичной обработки микроволновых сигналов, Лобов Г. Д., 1990
|
|
|