9.4.1.  Нелинейная поляризация среды

В долазерной оптике справед­ливо считалось, что характеристики среды не зависят от интенсив­ности света, проходящего через среду. Нелазерные источники све­та обеспечивали напряженность светового поля не выше пример­но 105 В/м; внутриатомные же поля характеризуются напряженностями 108 –  1012 В/м. При таком «соотношении сил» световая волна не может сколь-либо заметно повлиять на внутриатомные поля, а следовательно, и на характеристики вещества. Поэтому отклик среды (поляризация среды Р) на внешнее воздействие (на напряженность поля световой волны Е) оказывается линейным:

                                                             (9.6)

( – диэлектрическая восприимчивость среды). Отсюда и проис­ходит термин «линейная оптика», используемый в применении к долазерной (некогерентной) оптике.

С появлением лазера ситуация радикально изменилась. Высо­кая степень когерентности лазерного излучения позволяет осу­ществлять необычайно сильную пространственную концентрацию световой мощности. На практике это реализуется, благодаря ма­лой расходимости излучения и возможности получать световые импульсы с очень высокой мощностью в максимуме. Лазеры по­зволяют получать световые поля напряженностью до 1010  –  1011 В/м; теперь напряженность поля световой волны уже со­поставима с напряженностью внутриатомных полей. В результате диэлектрическая восприимчивость оказывается функцией от на­пряженности поля волны. Как показывает теория, эта функция может быть представлена в виде суммы быстро убывающих сла­гаемых:

,                                           (9.7)

где , , , … – параметры данной среды, характеризующие ее по­ляризуемость.

Ограничимся в выражении (9.7) двумя слагаемыми в правой его части. В этом случае соотношение (9.6) принимает вид:

.                                               (9.8)

Существенно, что соотношение (9.8) является нелинейным отно­сительно напряженности светового поля. Отклик среды на внеш­нее воздействие оказывается теперь нелинейным. Отсюда проис­ходят термины «нелинейная оптика», «нелинейная среда».

Слагае­мое

                                                           (9.9)

в соотношении (9.8) называют нелинейной поляризацией среды, а параметр  – нелинейной восприимчивостью.