Кіріспе

Оптикалық параметрлік күшейткіш (ОПК) – оптикалық параметрлік күшейту процесі арқылы өзгермелі толқын ұзындығындағы жарық шығаратын лазерлік жарық көзі. Ол негізінен оптикалық параметрлік осцилляторға (тербеліске) ұқсас, бірақ оптикалық резонаторсыз (яғни жарық сәулелері құрал арқылы бір немесе екі рет өтеді, көп рет емес).

Оптикалық параметрлік генерация (OPG)

Оптикалық параметрлік генерация (OPG) (сонымен қатар "оптикалық параметрлік люминесценция" немесе "спонтандық параметрлік төмендету конверсиясы" деп те аталады) көбінесе оптикалық параметрлік күшейтуден бұрын жүреді. Оптикалық параметрлік генерацияда кіріс – ωp жиілігі бар бір жарық сәулесі, ал шығыс – ωs және ωi жиіліктері бар екі жарық сәулесі, мұнда ωp=ωs+ωi шарты орындалуы тиіс. Бұл екі төмен жиілікті сәуле сәйкесінше "сигнал" және "идлер" деп аталады. Бұл жарық шығару сызықтық емес оптикалық принципке негізделген. Түсетін лазерлік импульстің (помпаның) фотоны сызықтық емес оптикалық кристал арқылы екі төмен энергиялы фотонға бөлінеді. Сигнал мен идлердің толқын ұзындығы фазалық сәйкестік шартымен анықталады, ол, мысалы, температура арқылы немесе, көлемдік оптикада, түсетін помпалық лазер сәулесі мен кристалдың оптикалық осьтері арасындағы бұрыш арқылы өзгертіледі. Сондықтан, сигнал мен идлер фотондарының толқын ұзындығын фазалық сәйкестік шартын өзгерту арқылы реттеуге болады.

Оптикалық параметрлік күшейткіш (ОПВ)

Оптикалық параметрлік генерациядағы шығыс сәулелері әдетте салыстырмалы түрде әлсіз және бағыты мен жиілігі кеңінен таралған. Бұл мәселе оптикалық параметрлік күшейткіш (ОПВ) пайдалану арқылы шешіледі, сондай-ақ айырмашылық жиілігін туындату деп те аталады, және ол OPG-ден кейінгі екінші кезең болып табылады. ОПА-да кіретін екі жарық сәулесі болады, олардың жиіліктері ωp және ωs. ОПА сорғы сәулесін (ωp) әлсіретеді, сигнал сәулесін (ωs) күшейтеді, сондай-ақ ωp=ωs+ωi теңдігімен сипатталатын ωi жиілігінде жаңа, бос жүріс сәулесін жасайды. ОПА-да сорғы және бос жүріс фотондары әдетте сызықтық емес оптикалық кристалл арқылы бір бағытта өтеді. Процесс тиімді жұмыс істеуі үшін фазалық үйлесімділік қажет. OPG+OPA жүйесінің толқын ұзындығын өзгертуге болады (көптеген лазерлердің қатаң толқын ұзындығынан айырмашылығы), сондықтан олар көптеген спектроскопиялық әдістерде қолданылады. Мысалы, ОПА үшін, түсетін сорғы импульсі Ti: сапфир лазерінің 800 нм (12500 см−1) шығысы болып табылады, ал екі шығыс, сигнал және бос жүріс, жақын инфрақызыл аймақта орналасқан, олардың толқын сандарының қосындысы 12500 см−1 тең.

Көлденең емес ОПА (NOPA)

Көптеген сызықтық емес кристалдар екі рет сындырушы болғандықтан, кристалл ішінде коллинеарлы (бір бағыттағы) сәулелер кристалдан шыққанда коллинеарлы болмауы мүмкін. Фазалық фронттар (толқын векторы) энергия ағынымен (Пойнтинг векторы) бір бағытта болмайды, себебі сәулелер арасында ығысу пайда болады. Фазалық сәйкестік бұрышы ең төменгі (0-шы рет) күшейтуді қамтамасыз етеді. Коллинеарлы жүйеде орталық толқын ұзындығын таңдау мүмкіндігі толқын ұзындығы бойынша бірінші ретке дейін тұрақты күшейтуге мүмкіндік береді. Коллинеарлы емес ОПА-лар (оптикалық параметрлік осцилляторлар) толқын ұзындығы бойынша екінші ретке дейін тұрақты күшейтуді қамтамасыз ету үшін, қосымша еркіндік дәрежесін ұсыну мақсатында жасалған. Оптималды параметрлер: 4 градус коллинеарлық емес бұрыш, материал ретінде β-барий борты (BBO), 400 нм сорғы толқын ұзындығы және сигнал шамамен 800 нм (ал 605-750 нм диапазонында 10 фс-тан кем импульс енімен реттелуі мүмкін, бұл үлкен молекулалардың ультражылдам динамикасын зерттеуге мүмкіндік береді). Бұл Ti: сапфир күшейткішінен 3 есе кеңірек жолақты тудырады. Бірінші рет математикалық тұрғыдан топтық жылдамдықтардың кейбір қасиеттеріне эквивалентті, бірақ бұл сорғы мен сигналдың топтық жылдамдықтары бірдей дегенді білдірмейді. 1 мм BBO арқылы өткелігеннен кейін қысқа сорғы импульсі сигналмен қабаттаспайды. Сондықтан, ұзын кристалдарда үлкен күшейтуді қажет ететін жағдайларда, шырқалған импульсті күшейту әдісі қолданылуы керек. Ұзын кристалдар өте үлкен шырқалуға (chirp) әкеледі, сондықтан компрессор қажет болады. Шырылдау 20 фс тұқым импульсін 50 пс-қа дейін ұзартуы мүмкін, бұл оны сорғы ретінде пайдалануға қолайлы жасайды. Сондықтан, субдиапазонды таңдауға болады және бәрібір қысқа импульстарды жасауға болады. BBO-ның Ti:Sa-ға қарағанда мм-ге күшейту көрсеткіші жоғары, және одан да маңыздысы, күшейтілген спонтанды сәулеленудің төмен деңгейі жалпы күшейтуді арттырады. Компрессорлар мен ОПА-ны біріктіру импульстердің бұрылысына әкеледі.

Электроникадағы параметрлік күшейткіштермен байланысы

Параметрлік күшейту идеясы алғаш рет төменгі жиіліктерде туындады: айнымалы ток тізбектері, оның ішінде радиожиілік және микротолқындық жиіліктер (ең алғашқы зерттеулерде дыбыс толқындары да зерттелді). Мұндай қолданыстарда, әдетте, f жиілігіндегі күшті сорғы сигнал (немесе "жергілікті осциллятор") сызықтық элемент арқылы өтеді, оның параметрлері fs жиілігіндегі әлсіз "сигнал" толқынымен модуляцияланады (мысалы, сигнал варактор диодының сыйымдылығын өзгерте алады). Нәтижесінде, жергілікті осциллятордың энергиясының бір бөлігі сигнал жиілігіне fs, сондай-ақ айырмашылық ("қуыс") жиілігіне f-fs беріледі. Параметрлік күшейткіш термині схеманың параметрлері өзгертілетін болғандықтан қолданылады. Оптикалық жағдайда да дәл осы негізгі принцип қолданылады – энергияны сорғы жиілігіндегі толқыннан сигнал және қуыс жиіліктердегі толқындарға беру, сондықтан ол да сол атаумен аталады.

Аяқтама және сілтемелер

Бойченко, В. Л.; Засавицкий, И. И.; Косичкин, Ю. В.; Тарасевич, А. П.; Тункин, В. Г.; Шотов, А. П. (1984) "Тюнерленуге болатын жартылай өткізгіш лазер сәулеленуін күшейту арқылы пикосекундтық оптикалық параметрлік осциллятор", Кванттық электрониканың кеңестік журналы 11 (1): 141–143. Магницкий, С. А.; Малахова, В. И.; Тарасевич, А. П.; Тункин, В. Г.; Якубович, С. Д. (1986) "Инъекциялық құлыпталған оптикалық параметрлік осциллятор арқылы жасалған, шектеулі ені бар, тюнерленуге болатын пикосекундтық импульстар", Оптика хаттары 11 (1): 18–20.