СИНХРОНИ́ЗМ

СИНХРОНИ́ЗМ, ус­ло­вие эф­фек­тив­но­го энер­го­об­ме­на при не­ли­ней­ном взаи­мо­дей­ст­вии волн, вы­ра­жаю­щее­ся в со­хра­не­нии со­от­но­ше­ния фаз ме­ж­ду вол­на­ми. В не­ли­ней­ных оп­тич. про­цес­сах это ус­ло­вие пред­став­ля­ет со­бой ра­вен­ст­во вол­но­во­го век­то­ра не­ли­ней­ной по­ля­ри­за­ции, по­ро­ж­дае­мой па­даю­щи­ми на не­ли­ней­ную сре­ду ин­тен­сив­ны­ми вол­на­ми, вол­но­во­му век­то­ру $\boldsymbol k$ соб­ст­вен­ной вол­ны на час­то­те не­ли­ней­ной по­ля­ри­за­ции. Напр., ес­ли в квад­ра­тич­но-не­ли­ней­ной сре­де под дей­ст­ви­ем волн с час­то­та­ми $ω_1$ и $ω_2$ ге­не­ри­ру­ют­ся вол­ны сум­мар­ной час­то­ты $ω=ω_1+ω_2$, то ус­ло­вие С. име­ет вид: $\boldsymbol k_1+\boldsymbol k_2=\boldsymbol k$ . За­пи­сан­ное в ви­де $\hbar \boldsymbol k_1+\hbar \boldsymbol k_2=\hbar \boldsymbol k$ ($\hbar$ – по­сто­ян­ная План­ка) это ра­вен­ст­во мож­но ин­тер­пре­ти­ро­вать как ус­ло­вие со­хра­не­ния им­пуль­са взаи­мо­дей­ст­вую­щих волн. Рас­смот­рен­ное ра­вен­ст­во на­зы­ва­ет­ся ус­ло­ви­ем фа­зо­во­го (или вол­но­во­го) син­хро­низ­ма. В ку­бич­но-не­ли­ней­ных сре­дах реа­ли­зу­ют­ся че­ты­рёх­час­тот­ные взаи­мо­дей­ст­вия и в об­щем слу­чае ме­ж­ду час­то­та­ми $ω_n$ ($n$=1,2,3,4) и вол­но­вы­ми век­то­ра­ми $\boldsymbol k_n$ при эф­фек­тив­ном энер­го­об­ме­не волн (напр., све­то­вых) вы­пол­ня­ют­ся ус­ло­вия$$ω_4=±ω_3±ω_2±ω_1,\\ \boldsymbol k_4=±\boldsymbol k_3±\boldsymbol k_2±\boldsymbol k_1.$$

В оп­тич. диа­па­зо­не из-за силь­ной час­тот­ной дис­пер­сии не­ли­ней­но-оп­тич. ани­зо­троп­ных кри­стал­лов ус­ло­вие С. вы­пол­ня­ет­ся толь­ко при оп­ре­де­лён­ной гео­мет­рии взаи­мо­дей­ст­вия волн: вы­бо­ре ти­па по­ля­ри­за­ции волн (обык­но­вен­ной и/или не­обык­но­вен­ной) и на­прав­ле­ния их рас­про­стра­не­ния. При взаи­мо­дей­ст­вии сверх­ко­рот­ких ла­зер­ных им­пуль­сов на эф­фек­тив­ность энер­го­об­ме­на влия­ет рас­строй­ка груп­по­вых ско­ро­стей волн. Ра­вен­ст­во груп­по­вых ско­ро­стей взаи­мо­дей­ст­вую­щих волн (груп­по­вой син­хро­низм) уда­ёт­ся реа­ли­зо­вать лишь в спец. слу­ча­ях.

Для аку­стич. волн сре­да, как пра­ви­ло, об­ла­да­ет сла­бой дис­пер­си­ей, что обес­пе­чи­ва­ет вы­пол­не­ние фа­зо­во­го и груп­по­во­го С. од­но­вре­мен­но для боль­шо­го чис­ла час­тот и мо­жет со­про­во­ж­дать­ся об­ра­зо­ва­ни­ем удар­ной вол­ны.

В не­ли­ней­ных взаи­мо­дей­ст­ви­ях мо­гут уча­ст­во­вать вол­ны разл. фи­зич. при­ро­ды. Так, при вы­ну­ж­ден­ном Ман­дель­шта­ма – Брил­лю­эна рас­сея­нии ус­ло­вие фа­зо­во­го С. вы­пол­ня­ет­ся для двух вол­но­вых век­то­ров оп­тич. волн и од­но­го вол­но­во­го век­то­ра аку­стич. вол­ны. В СВЧ-при­бо­рах, напр. лам­пе бе­гу­щей вол­ны, ус­ло­вие С. за­клю­ча­ет­ся в ра­венст­ве ско­ро­стей элек­трон­но­го по­то­ка и элек­тро­маг­нит­ной вол­ны.

Эф­фек­тив­ное взаи­мо­дей­ст­вие волн мо­жет так­же осу­ще­ст­в­лять­ся в струк­ту­рах с пе­рио­дич. из­ме­не­ни­ем ли­ней­ной или не­ли­ней­ной вос­при­им­чи­во­сти сре­ды. В этом слу­чае в ус­ло­вие С. вхо­дит век­тор об­рат­ной ре­шёт­ки ли­ней­ной или не­ли­ней­ной мо­ду­ля­ции (т. н. ус­ло­вие ли­ней­но­го фа­зо­во­го ква­зи­син­хро­низ­ма, или фа­зо­вый ква­зи­син­хро­низм). Са­ми взаи­мо­дей­ст­вия на­зы­ва­ют­ся ква­зи­син­хрон­ны­ми; они по­зво­ля­ют ис­поль­зо­вать при не­ли­ней­ном взаи­мо­дей­ст­вии наи­боль­шие не­ли­ней­но-оп­тич. вос­при­им­чи­во­сти. В оп­тич. во­лок­нах при по­мо­щи мо­ду­ля­ции дис­пер­сии груп­по­вой ско­ро­сти реа­ли­зу­ют ква­зи­син­хрон­ные че­ты­рёх­вол­но­вые взаи­мо­дей­ст­вия.