Материал подготовлен Екатериной Точиловой
Оптические преобразователи частоты – это оптические устройства для преобразования частоты лазерного излучения на основе нелинейной зависимости поляризации (Р ) среды от напряжённости электрического поля (Е)световой волны, распространяющейся в ней.
Оптические преобразователи частоты разных типов позволяют преобразовывать частоту излучения лазеров как в более коротковолновый, так и в более длинноволновый диапазоны и получать перестраиваемое по частоте излучение. Наибольший интерес в практическом отношении в связи с их высокой эффективностью представляют оптические преобразователи частоты, использующие квадратичную зависимость Рот Е. К таким оптическим преобразователям частоты относятся оптические удвоители частоты, генераторы суммарной и разностной частот, параметрические генераторы света. По мере распространения световой волны в такой среде (нелинейных кристаллах с ненулевой квадратичной нелинейностью) вдоль направления фазового синхронизма происходит перекачка энергии от волны основной частоты w в энергию волн 2-й гармоники 2w.
Интенсивности основной волны и 2-й гармоники зависят от отношения l/lнл, где l — расстояние, которое прошёл свет в среде, а lнл — характерная длина, на которой происходит перекачка 50% энергии основной волны во 2-ю гармонику (рис. 1).
Для умножения частоты используются и генераторы высших гармоник. Однако в большинстве случаев оказывается более эффективным использование нескольких каскадов удвоения частоты, т. е. последовательное многократное удвоение частоты в кристаллах с квадратичной нелинейностью.
В генераторах суммарных частот волны с различными частотами w1 и w2 преобразуются в квадратично нелинейной среде в волну с частотой w1+w2. В качестве среды с квадратичной нелинейностью в этих генераторах обычно используются те же кристаллы, что и в оптических удвоителях. Генераторы суммарных частот используются как источники перестраиваемого излучения (гл. обр. в УФ диапазоне) и для преобразования ИК излучения в видимое (преобразование сигналов и изображений).
Уменьшение частоты осуществляется с помощью параметрических генераторов света, генераторов разностных частот и комбинационных лазеров.
Параметрические генераторы — один из наиболее перспективных источников мощного перестраиваемого по частоте когерентного излучения в диапазоне длин волн l>1 мкм. Энергетический кпд импульсных перестраиваемых параметрических генераторов света достигает 60%. Если в параметрическом генераторе сигнальная волна возникает из шумов, то в генераторе разностных частот волны с частотами w1 и w2 преобразуются на кристалле с квадратичной нелинейностью в излучение с частотой w1-w2.
Генераторы разностных частот применяются в ИК диапазоне, они работают как в непрерывном режиме, так и в импульсном с наносекундной и пикосекундной длительностью импульсов.
Другой метод получения перестраиваемого излучения в ИК области состоит в использовании вынужденного комбинационного рассеяния света. Эффективность таких оптических преобразователей частоты может быть весьма высока.
Оптические преобразователи частоты позволяют получить диапазон длин волн когерентного электромагнитного излучения в различных областях УФ, ИК и видимого диапазонов. Так, с помощью умножителей частоты получено излучение с l=53,3 и 38,8 нм, в то время как наименьшая длина волны, полученная путём прямой генерации, равна 116 нм.
Литература:
1. «Физический энциклопедический словарь». М.: «Советская энциклопедия», 1984.
2. Дмитриев В. Г., Тарасов Л. В., Прикладная нелинейная оптика, М., 1982;
3. Шен И. Р., Принципы нелинейности оптики, пер. с англ., М., 1989.
Интенсивности основной волны и 2-й гармоники зависят от отношения l/lнл, где l — расстояние, которое прошёл свет в среде, а lнл — характерная длина, на которой происходит перекачка 50% энергии основной волны во 2-ю гармонику (рис. 1). 
