La generación de ondas de polarización cruzada ( XPW ) es un proceso óptico no lineal que se puede clasificar en el grupo de procesos degenerados en frecuencia ( mezcla de cuatro ondas ). Solo puede tener lugar en medios con anisotropía de no linealidad de tercer orden. Como resultado de dicha interacción óptica no lineal en la salida del cristal no lineal, se genera una nueva onda polarizada linealmente a la misma frecuencia , pero con la polarización orientada perpendicularmente a la polarización de la onda de entrada.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/c/c3/Fig1wikiXPW.png/300px-Fig1wikiXPW.png)
.
En la Fig. 1 se muestra un esquema óptico simplificado para la generación de XPW. Consiste en una placa de cristal no lineal (de 1 a 2 mm de espesor) intercalada entre dos polarizadores cruzados. La intensidad de XPW generada tiene dependencia cúbica con respecto a la intensidad de la onda de entrada. De hecho, esta es la razón principal por la que este efecto tiene tanto éxito para mejorar el contraste de los perfiles temporal y espacial de los pulsos de femtosegundos. Dado que los cristales cúbicos se utilizan como medios no lineales, son isotrópicos con respecto a las propiedades lineales (no hay birrefringencia) y por eso las velocidades de fase y de grupo de ambas ondas XPW y la onda fundamental (FW) son iguales: V XPW = V FW y V gr, XPW = V gr, FW . La consecuencia de eso es la fase ideal y la coincidencia de velocidad de grupo para las dos ondas que se propagan a lo largo del cristal. Esta propiedad permite obtener una muy buena eficiencia del proceso de generación de XPW con mínimas distorsiones de la forma del pulso y del espectro.
Descripción del proceso
Considere el caso de la interacción de dos ondas polarizadas perpendicularmente en medios no lineales con no linealidad cúbica [1]. Las ecuaciones que describen la auto modulación de fase de la onda fundamental A y la generación de una nueva onda B perpendicularmente polarizada en la condición de que | B | << | A | (es decir, cuando se descuida el agotamiento de la onda fundamental, la modulación de fase propia y de fase cruzada de la onda B ) se puede escribir de la siguiente forma:
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/f/f1/Fig2wikiXPW.png/325px-Fig2wikiXPW.png)
- ,
- ,
dónde y son coeficientes que dependen de (i) la orientación de la muestra con respecto a los ejes del cristal (ver [3] para las expresiones para dos orientaciones populares: corte en Z y corte holográfico); (ii) el componente y (iii) anisotropía de tensor.
La solución de este sistema simplificado con condiciones iniciales А (0) = А 0 y B (0) = 0 es:
- ,
- ,
donde L es la longitud del medio no lineal. En caso de bomba CW, la eficiencia, que se define como la relación entre la intensidad de XPW I out en la salida de los medios no lineales y la intensidad de la onda de entrada I in se puede describir mediante la función sen 2 del producto de intensidad de entrada × longitud:
(1) .
Si la modulación de fase propia es relativamente pequeña luego:
(2) .
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/c/c5/Fig3wikiXPW.png/325px-Fig3wikiXPW.png)
La última expresión (2) indica que cuando el cambio de fase no lineal de la onda fundamental es relativamente pequeño, la eficiencia crece como cuadrado de la intensidad de entrada. El aumento del desplazamiento de fase no lineal por encima de 3 evita el crecimiento coherente de la señal XPW y conduce, en principio, a una dependencia periódica de la eficiencia en función de la intensidad de entrada. El uso del esquema de dos cristales [2, 3] permite superar este problema.
Tener en cuenta las formas temporales y espaciales conduce a la reducción de la eficiencia predicha por la expresión (1). Esto se ilustra en la Fig. 2 donde se da la solución exacta con todos los procesos que acompañan al efecto de generación de XPW tomado en cuenta. La máxima eficiencia XPW obtenida con el esquema monocristalino se acerca al 12% para gaussiano en el espacio y en el tiempo, mientras que para el perfil espacial de sombrero de copa y gaussiano en el tiempo la eficiencia máxima alcanzada es del 29%. Este comportamiento es consecuencia directa de la no linealidad del proceso. Los resultados experimentales típicos para la generación de XPW en cristal BaF2 se muestran en la Fig. 3. Se observa que la eficiencia del proceso XPW en el esquema monocristalino se satura cerca del 10%, mientras que con el esquema de dos cristales se puede lograr una eficiencia del 20-30% para XPW generación [2,3].
El efecto de la generación de XPW está encontrando aplicaciones para mejorar el contraste temporal de los pulsos de femtosegundos [4] y para su monitorización y control. El enfoque de la generación de XPW para la limpieza de pulsos de femtosegundos se utilizará en el proyecto europeo Extreme Light Infrastructure .
Referencias
[1] Minkovski, N .; Saltiel, SM; Petrov, GI; Albert, O .; Etchepare, J. (15 de noviembre de 2002). "Rotación de polarización inducida por procesos de tercer orden en cascada". Letras de óptica . La sociedad óptica. 27 (22): 2025-2027. doi : 10.1364 / ol.27.002025 . ISSN 0146-9592 .Minkovski, N .; Petrov, GI; Saltiel, SM; Albert, O .; Etchepare, J. (1 de septiembre de 2004). "Rotación de polarización no lineal y generación de polarización ortogonal experimentada en una configuración de haz único". Revista de la Sociedad Americana de Óptica B . La sociedad óptica. 21 (9): 1659–1664. doi : 10.1364 / josab.21.001659 . ISSN 0740-3224 .
[2] Jullien, A .; Albert, O .; Chériaux, G .; Etchepare, J .; Kourtev, S .; Minkovski, N .; Saltiel, SM (2006). "Un arreglo de dos cristales para combatir la saturación de eficiencia en la generación de ondas de polarización cruzada" . Optics Express . La sociedad óptica. 14 (7): 2760–2769. doi : 10.1364 / oe.14.002760 . ISSN 1094-4087 .Jullien, A .; Kourtev, S .; Albert, O .; Chériaux, G .; Etchepare, J .; Minkovski, N .; Saltiel, SM (29 de junio de 2006). "Limpiador temporal de alta eficiencia para pulsos de femtosegundos basado en la generación de ondas de polarización cruzada en un esquema de cristal dual". Física Aplicada B . Springer Science and Business Media LLC. 84 (3): 409–414. doi : 10.1007 / s00340-006-2334-7 . ISSN 0946-2171 .
[3] Canova, Lorenzo; Kourtev, Stoyan; Minkovski, Nikolay; Jullien, Aurélie; López-Martens, Rodrigo; Albert, Olivier; Saltiel, Solomon M. (9 de junio de 2008). "Generación eficiente de pulsos de femtosegundos con polarización cruzada en cristales cúbicos con orientación de corte holográfico". Letras de Física Aplicada . Publicación AIP. 92 (23): 231102. doi : 10.1063 / 1.2939584 . ISSN 0003-6951 .
[4] Jullien, Aurélie; Albert, Olivier; Burgy, Frédéric; Hamoniaux, Guy; Rousseau, Jean-Philippe; Chambaret, Jean-Paul; Augé-Rochereau, Frédérika; Chériaux, Gilles; Etchepare, Jean; Minkovski, Nikolay; Saltiel, Solomon M. (15 de abril de 2005). "10 ^? 10 contraste temporal para láseres ultraintensos de femtosegundos por generación de ondas de polarización cruzada". Letras de óptica . La sociedad óptica. 30 (8): 920–922. doi : 10.1364 / ol.30.000920 . ISSN 0146-9592 .Chvykov, V .; Rousseau, P .; Reed, S .; Kalinchenko, G .; Yanovsky, V. (15 de mayo de 2006). "Generación de 10 ^ 11 pulsos láser de contraste 50 TW". Letras de óptica . La sociedad óptica. 31 (10): 1456–1458. doi : 10.1364 / ol.31.001456 . ISSN 0146-9592 .