Основные механизмы усиления интенсивности второйгармоники в многослойныхпериодических структурах

В последнеевремя многослойные периодические структуры (МПС)привлекают значительноевнимание в связи с тем , что они открывают широкиеперспективы при создании новыхоптических устройств. Список ихприменений достаточно широк ивключает в себя в частности создание нелинейногооптического ограничителя идиода, лазера, работающего в режиме зон,брэгговского отражения ипропускания, мощного оптического параметрическогоусилителя для нелинейногочастотного преобразования, а такжемножества других приложений.Сами по себе МПС являются частным случаемодномерного фотонногокристалла, основным свойством которого, является наличиечастотных (или угловых)запрещенных зон, для падающегоэлектромагнитного излучения,по аналогии с зонами в полупроводниках. В таких зонахпроисходит полное брэгговскоеотражение как падающего, так и возникшего врезультате генерацииизлучения. По мнению специалистов, работающих в этойобласти, такие одномерныекристаллы являются наиболее перспективнымисреди МПС, из-за своихуникальных свойств.

Основная цель настоящей работы, заключалась вдальнейшей разработке теориигенерации второй гармоники лазерного излучения вМПС, а также в детальном анализеразличных возможных механизмов усиленияинтенсивности второйгармоники и в нахождении оптимальных режимовтакого усиления. Постановказадачи заключается в следующем: на МПС,состоящую из произвольногочисла чередующихся слоев на подложке и имеющихразные коэффициентыпреломления, под произвольным углом падает пучоклазерного излучения. Какпадающая волна, так и излучение с удвоенной частотойиспытывают многочисленныеотражения и переотражения на межслойныхграницах, в результате которыхв МПС образуется сложная суперпозициявзаимодействующих прямых иобратных волн. Нашей задачей было выявлениеприроды механизмов, наиболеесильно влияющих, на усиление интенсивностивторой гармоники в МПС. Теориягенерации второй гармоники в МПС, в условияхдифракции, была построена, как спомощью метода матриц переносаизлучения, так и с помощьюоригинального модифицированного метода рекуррентныхсоотношений для амплитуд полей,который применялся ранее для анализазеркального отражениярентгеновских лучей. Этот метод является болееудобным при проведениичисленных расчетов.

Было выявлено три механизма,особенно сильно влияющих наинтенсивность генерации второй гармоники.Первый механизм, связан собыкновенным синхронизмом, возникающим пригенерации второй гармоники, врезультате уменьшения разности эффективныхкоэффициентов преломления наосновной частоте и частоте второйгармоники в области углов,близким к краям запрещенных зон. Второй механизмвозникает в результатеквазисинхронного усиления, связанного со сложениемволновых векторов падающейволны с векторами обратной решетки и наконецтретий несинхронный механизм,связан с увеличением плотности энергииполя на основной частоте вслоях, составляющих МПС. Полученные результатыхорошо согласуются сполученными ранее экспериментальнымиданными.