Высокоэффективная генерация третьей гармоники в среде с квадратичной и кубичной нелинейностями в результате каскадной генерации второй гармоники

Предложен новый высокоэффективный способ утроения частоты оптических волн на основе каскадной генерации второй гармоники в среде с квадратичной восприимчивостью при учете кубичного отклика среды. Взаимодействия волн основной частоты, второй гармоники и третьей гармоники происходили при большой фазовой расстройке между волнами основной частоты и второй гармоники. В среде, обладающей только квадратичной восприимчивостью, это приводило к появлению отклика среды, подобного отклику, присущему среде с кубичной нелинейностью, знак которой определяется знаком упомянутой фазовой расстройки. Теоретически рассмотрен процесс взаимодействия волн на основе метода многих масштабов (multiscale method). Без использования приближения заданного поля проанализированы режимы конверсии частоты, эволюции интенсивностей и фаз взаимодействующих волн без учета их дисперсии второго порядка и дифракции. Обнаружен бистабильный режим утроения частоты, а также режим полного подавления генерации волны на утроенной частоте и режим подавления действия эффекта Керра. Компьютерное моделирование показало возможность перекачки 98.5 % энергии падающей волны в третью гармонику. Также предложен более простой и физически наглядный (по сравнению с методом многих масштабов) метод анализа каскадных процессов при большой фазовой расстройке между парой взаимодействующих волн.