Effect of low-power nonlinear refraction on laser-beam propagation in InSb

Abstract

By use of an expansion in Gaussian functions we solve the problem of the propagation of a laser beam that has been passed through a thin slab of nonlinearly refracting material. We compare the theoretical results for beam profile with experimental measurements for the semiconductor InSb and confirm that self-defocusing has been observed by D. A. B. Miller, M. H. Mozolowski, A. Miller, and S. D. Smith [Opt. Commun. 27, 133 (1978)]. The deduced value for the nonlinear refractive index at ~5 K is -6 x 10(-5) cm(2) W(-1) at 1886 cm(-1). This implies a third-order optical nonlinearity chi((3)) ~ 10(-2) esu, much larger than any previously reported for a solid.

Nonlinear lenses and their applications

“…Первые исследования нелинейных линз относятся к экспериментам с теп ловой оптической нелинейностью в жидкостях, ког да с ростом мощности излучения наблюдались изме нения размера и формы лазерного пучка, прошедше го кювету со слабопоглощающей жидкостью [5,[76][77][78]. Аналогичные эффекты наблюдались на тепло вых нелинейностях в жидких кристаллах [35], сег нетокерамиках [66] и полупроводниках [19,20]. Накопление нелинейных изменений показателя преломления за большой промежуток времени (по рядка постоянной времени релаксации нелинейно сти, что для многих нелинейностей теплового проис хождения составляет единицы секунд и более) по зволило наблюдать тепловые нелинейные линзы да же в поле маломощных непрерывных газовых лазе ров.…”

“…Самоограничение и стабилиза ция мощности непрерывного лазерного излучения при тепловой дефокусировке в слабопоглощающей жидкости наблюдалась в работах [37,59]. Самоогра ничение света исследовалось при самодефокусиров ке в полупроводниках: при тепловом механизме [19][20], а также за счет возбуждения неравновес ных носителей короткими лазерными импульсами [24,25]. В этих работах инерционность нелинейного отклика полупроводников в поле субнаносекундных импульсов приводила к "обрезанию" заднего фронта прошедших импульсов вследствие накопления нели нейного изгиба волнового фронта за время импульса (см., например, рис.…”

“…Метод "не линейной линзы" в силу своей простоты и высокой чувствительности получил широкое распростране ние для измерений малых поглощений в жидкостях и газах [5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16], а также при изучении свойств полу проводников [17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31][32][33], жидких кристаллов [34][35][36] и других нелинейных материалов. Изучение дина мики нелинейных линз позволяет получать важную информацию о механизмах нелинейности и кинети ке релаксации нелинейного отклика при импульс ном лазерном воздействии на оптические материалы [21, [25][26][27][28][29][30].…”

Spectral measurement of the nonlinear refractive index in ZnSe using self-bending of a pulsed laser beam

“…Recently many new An measurement techniques have been proposed, such as selfdefocusing to determine An for some specific wavelengths in InSb (Ref. 6) and the Z-scan technique 7 (which measures the effective nonlinear focal length and is essentially based on external self-focusing 8 ), for measuring the nonlinear refractive index n 2 of ZnSe at two specific laser wavelengths. 4 One of the natural candidates for the An measurements is also the socalled self-bending (SB) effect, first proposed in Ref.…”

“…A razor blade (RB) was inserted into the collimated beam to form a semiGaussian intensity profile, which was then imaged onto the ZnSe sample. After passing through the ZnSe, the beam was collimated by positive lens L 6 . By measuring the displacement of the peak of the SB profile DNL, the SB angle is determined to be ONL DNL/L6.…”