Номер 8, страница 85, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

8. Приведите примеры нелинейных оптических явлений.

8. Приведите примеры нелинейных оптических явлений.

Нелинейные оптические явления — это совокупность оптических явлений, наблюдаемых при взаимодействии света высокой интенсивности (например, лазерного излучения) с веществом. В этих условиях отклик среды (поляризация $\text{P}$) перестает быть линейно пропорциональным напряженности электрического поля световой волны $\text{E}$. Зависимость становится нелинейной, что приводит к появлению целого ряда новых эффектов, не наблюдаемых в линейной оптике.

Основные примеры нелинейных оптических явлений:

1. Генерация гармоник:

• Генерация второй гармоники (ГВГ): Процесс, при котором излучение с частотой $\omega$ при прохождении через нелинейную среду преобразуется в излучение с удвоенной частотой $2\omega$. Например, преобразование инфракрасного излучения (1064 нм) в видимое зеленое (532 нм) в кристаллах KDP или BBO.

• Генерация третьей гармоники (ГТГ): Аналогичный процесс, но с утроением частоты ($\omega \rightarrow 3\omega$). Это позволяет получать ультрафиолетовое излучение из видимого или инфракрасного.

2. Смешение частот:

• Генерация суммарной частоты (ГСЧ): Два пучка света с частотами $\omega_1$ и $\omega_2$ взаимодействуют в среде, создавая новый пучок с частотой $\omega_3 = \omega_1 + \omega_2$.

• Генерация разностной частоты (ГРЧ): Взаимодействие двух пучков приводит к генерации излучения с частотой $\omega_3 = |\omega_1 - \omega_2|$.

3. Параметрические процессы:

• Параметрическая генерация и усиление света (OPO/OPA): Процесс, обратный ГСЧ. Один фотон накачки с высокой частотой $\omega_p$ распадается на два фотона с меньшими частотами — сигнальный ($\omega_s$) и холостой ($\omega_i$), так что $\omega_p = \omega_s + \omega_i$. Этот эффект используется для создания перестраиваемых по частоте источников света.

4. Эффекты, связанные с изменением показателя преломления:

• Оптический эффект Керра: Зависимость показателя преломления среды от интенсивности проходящего через нее света. Это приводит к таким явлениям, как самофокусировка (когда мощный пучок сужается при распространении) и самомодуляция фазы (уширение спектра импульса).

5. Вынужденное рассеяние света:

• Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР): Интенсивное взаимодействие света с колебательными или вращательными модами молекул среды, приводящее к усилению рассеянного света на смещенных (стоксовых и антистоксовых) частотах.

• Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ): Взаимодействие света с акустическими волнами (фононами) в среде, что также приводит к генерации когерентного излучения на смещенной частоте.

6. Многофотонные процессы:

• Многофотонное поглощение: Процесс, при котором атом или молекула поглощает одновременно два или более фотонов для перехода в возбужденное состояние. Наиболее известен пример двухфотонного поглощения, используемый в микроскопии и 3D-печати.

Ответ: Примерами нелинейных оптических явлений являются генерация второй и третьей гармоник, генерация суммарной и разностной частот, параметрическая генерация света, оптический эффект Керра (приводящий к самофокусировке), вынужденное комбинационное рассеяние и многофотонное поглощение.