Реализация условия фазового синхронизма в анизотропных кристаллах

В обычных условиях условие фазового синхронизма не выполняется вследствие наличия явления дисперсии (зависимость показателя преломления от частоты волны ). Вследствие наличия дисперсии в изотропной среде всегда .

Однако условие может выполняться в анизотропных кристаллах. Напомним, что в таких кристаллах показатель преломления различается для волн, линейно поляризованных в перпендикулярных плоскостях.

В анизотропных кристаллах существует направление, при распространении вдоль которого показатели преломления для перпендикулярно поляризованных волн совпадают. Такие направления называются оптическими осями. Различают одноосные и двухосные анизотропные кристаллы.

Анизотропию показателя преломления удобно описывать при помощи индикатрисы показателя преломления (ИПП). Индикатриса показателя преломления – векторная диаграмма, изображающая зависимость показателей преломления среды от направления. ИПП представляет собой геометрическое место точек, удаленных от центра координат на величину, равную показателю преломления среды в данном направлении.

В общем случае для обоих поляризаций волны ИПП представляет собой эллипс.

В случае одноосных кристаллов одна из индикатрис есть сфера, а другая – эллипс вращения. Первая ИПП соответствует обыкновенной волне, вторая - необыкновенной.

Обыкновенная волна имеет линейную поляризацию перпендикулярную плоскости, образуемой оптической осью и направлением распространения волны (рис. 4). Показатель преломления для нее не зависит от направления. Плоскость поляризации необыкновенной волны лежит в плоскости, образованной оптической осью и направлением распространения волны (рис. 4). Показатель преломления для этой волны зависит от направления. Одноосные кристаллы делят на положительные () и отрицательные ().

Рис. 4. Индикатрисса показателя преломления для обыкновенной и необукновенной волн в отрицательных (а) и положительных (б) одноосных кристллах

Явление анизотропии можно использовать для реализации условия фазового синхронизма.

Рис. 5. Направления синхронизма в отрицательном одноосном кристалле

На рис. 5 представлены индикатрисы показателей преломления обыкновенной и необкновенной волн на частоте w и 2w. Как видно из рис. по направлениям АВ и CD наблюдается равенство показателей преломления для исходной волны с частотой w и для волны второй гармоники (частота 2w): .

Направления АВ и CD называют направлениями синхронизма.

Угол q между оптической осью и направлением синхронизма называется углом синхронизма.

Реализация фазового синхронизма с q=90 называется 90-гладусным синхронизмом.

Типы фазового синхронизма

Напомним, что согласно выражению (6) формально волна второй гармоники является результатом взаимодействия двух волн на основной частоте. Соответственно выделяют два типа синхронима.

При синхронизме первого типа обе волны на основной частоте имеют одну и ту же линейную поляризацию, а волна на частоте второй гармоники имеет перпендикулярную поляризацию. При синхронизме второго типа волны на основной частоте имеют взаимно перпендикулярные поляризации (Таблица 1).

Таблица 1