Способ усиления излучения в резонансно-поглощающей среде
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В РЕЗОНАНСНО-ПОГЛОЩАЮЩЕЙ СРЕДЕ путем направления на резонансно-поглощающую среду относительно сильного и слабого световых потоков с последующей регистрацией слабого потока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона длительностей световых потоков, используемых для усиления, направляют пучок частиц, используемый в качестве резонансно -поглощающей среды, перпендикулярнЬ направлению сильного светового потока со средней скоростью V движения частиц в пучке , связанной с углом между слабым световым потоком и направлением i пучка б соотношением (Я KO cos е 2, 66 у где волновое число; IP - полуширина резонансного перехода частиц, причем частоты световых потоков, направляемых на резонансно-поглоON щающую среду, выбирают равными. ON U
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„766501 (51)4 Н 01 S 3/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
К Ч сов Е 4 2,66) 3
Ch
Ch
CA
CO
Ьаб
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЪ|ТИЙ (21) 2729415/18-25 (22) 27,02,79 (46) 23.10,85. Бюл. N . 39 (71) Ордена Трудового Красного
Знамени институт физики АН БССР (72) П.А. Апанасевич и А.А.Афанасьев (53) 621.375.8(088.8) (56) 1. Бонч-Бруевич А.М. и др.
Исследование изменения спектра поглощения и дисперсии двухуровневой системы во вращающемся монохроматическом поле излучения ЖЭТФ, 1974, 67, 2069.
2. Винецкий В.Л., Кухтарев Н.В. .Эффект нестационарного преобразования энергии когерентных световых пучков в разонансной среде. Квантовая электроника 1978, 5, 857.
3. Патент США У 3745476, кл. Н 01 S 3/10, опублик. 1973. (54)(57) СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В
РЕЗОНАНСНО-ПОГЛОЩАЮЩЕЙ СРЕДЕ путем направления на резонансно-поглощающую среду относительно сильного и слабого световых потоков с последующей регистрацией слабого потока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона длительностей световых потоков, используемых для усиления, направляют пучбк частиц, используемый в качестве резонансно -поглощающей среды, перпендикулярйь направлению сильного светового потока со средней скоростью Ч движения частиц в пучке, связанной с углом между слабым световым потоком и направлением пучка О соотношением где K> — волновое число; — полуширина резонансного перехода частиц, причем частоты световых потоков, направляемых на резонансно-поглощающую среду, выбирают равными.
166 5(11 го излучения достигается только на смещенной частоте, т.е. когда частоты взаимодействующих потокОв различны (м> о . В вырожденном случае (ы =и / усиление слабого потока от0 сутствует и наблюдается его ослабление. Недостатком данного способа является то, что он применим для усиления слабых потоков только на смещенной частоте по отношению к частоте сильного потока (т.е. при o C °
25
Известен также способ нестационарного усиления слабого излучения в резонансно-поглощающей среде при вырожденном / 0 а> взаимодействии(21.35
В существенно нестационарных усло-. виях взаимодействия фазовая модуляция световых потоков, первоначально имеющих одинаковые частоты, приводит к различному смещению частот вследствие чего возникает мгновенная частотная расстройка и соответственно возникает усиление слабого излучения. В данном случае усиление слабого потока реализу- 45 ется только в области времен сравнимых с временем релаксации населенностей резонансных уровней частиц среды. Недостатком этого способа является то, что усилие слабого излучения реализуется лишь в области переходных процессов (т.е. в области времен 4 « .7 ) и соответственно в области 7 усиP ление отсутствует. Таким образом, 55 данный способ пригоден для усиления слабого излучения на несмещенной частоте толт ко в узком интерва40
Иэобретение относится к области кпантовой электроники и может быть использовано для усиления слабых оптических сигналов, для коррекции . волновых фронтов и усиления опти- 5 ческих изображений в голографии и для лазерной активной спектроскопии, Известен способ усиления излучения в резонансно-поглощающей среде(1), основанный на нелинейном взаимодей- 10 ствии световых потоков с различными частотами lurо и +1 . Различающиеся по частоте сильный I /и>, и о слабый ТС inc I световые потоки под некоторым углом друг к другу направ- IS ляются на резонансно-поглощающую среду и на выходе из нее регистрируется интенсивность слабого потоС ка. В данном способе усиление слаболе длительностей потоков, а именно для импульсных потоков с длительностью вЂ, меньшей времени релакfl сации населенностей резонансных уровней частиц среды.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ усиления излучения в резонансно-по глощающей среде (3 3, путем направления на резонансно-поглощающую среду относительно сильного и слабого световых потоков с последующей регистрацией слабого потока. При малом угле между направлениями распространения падающих на среду потоков вследствие их параметрической связи, обусловленной четырехфотонным параметрическим рассеянием, происходит возбуждение дополнительного (дифракционного) слабого потока, При мощности сильного потока, превышающей пороговое значение, происходит усиление слабых потоков, как падающего на среду, (сигнального) так и дифракционного, В случае, когда угол между дотоками значитель но превосходит угол фазового синхронизма для четырехфотонного параметрического рассеяния, дифракционный поток не возбуждается и соответственно в среде распространяются два потока Т и I
В этих условиях зарегистрировано усиление слабого потока. Усиление наблюдается как на смещенной частоте (Kz Фмс), так и в случае вырожденного взаимодействия
При u)0 Юсусиление обусловлено нестационарными переходными процессами.
Недостатком этого способа в случае вырожденного взаимодействия является маль1й диапазон длительностей
) „ 7 световых потоков, используемых для усиления. Это обусловлено тем, что в области больших длительностей /7„» усиление слабого излучения оказывается возможным только на смещенной частоте, а соответственно при ш цу наблюдается ослабление слабого потока.
Целью изобретения является расширение диапазона длительности световых потоков, используемых для усиления, что даст возможность усиливать слабые оптические сигналь* нл несмещенной частоте практически при любой длительности вэанмо3 766 действующих потоков (в том числе и в случае стационарного взаимодействия).
Для достижения цели в способе усиления излучения в резонансно- 5 поглощающей среде путем направления на резонансно-поглощающую среду относительно сильного и слабого свето" вых потоков с последующей регистрацией слабого потока направляют 10 пучок частиц, исследуемых в качестве резонансно-поглощающей среды, перпендикулярно направлению сильного светового потока со средней скоростью движения частиц в пучке Ч, связанной с углом между слабым световым потоком и направлением пучка
О соотношением .
К Ч cos 8 42 ббпр, 20 где К вЂ” волновое число; у — полуширина резонансного перехода частиц1 причем частоты световых потоков, направляемых на резонансно-погло- 25 щающую среду, выбирают равными.
Пример конкретной реализации способа.
Описываемый способ основан на допплеровском сдвиге. частот световых потоков, взаимодействующих в атомном (молекулярном) пучке резонансно-поглощающих частиц. Способ применим для пучка частиц (атомов или молекул) имеющих разрешенный
35 переход с частотой < 21, лежащей в окрестности частоты u)z взаимодействующих световых потоков f иТ с существенно различающимися интенсивностями (Zo 7 IC) °
Источником пучка частиц. служит камера 1 с газом при низком давлении, имеющая небольшое отверстие.
Его размеры и давление (Т вЂ” температура) в камере подобраны таким образом, что имеет место процесс эффузии частиц газа. Сильный поток излучения падает перпендикуС лярно/направлению пучка частиц, а слабый встречный поток Ic — под углом 8 к нему (см. фиг. 1). В этом случае вследствие большого фазового рассогласования для четырехфотонных параметрических процессов реализуется двухволновое нелинейное взаимодействие световых потоков с равными частотами в резонансно поглощающей среде. Так как волновой г (2
+ г
