Лекция 3.4.5. Лекция 3,4,5 источники излучения для оптоэлектронных систем

• Название: Лекция 3,4,5 источники излучения для оптоэлектронных систем
• Дата: 13.12.2022
• Размер: 45.91 Kb.
• Имя файла: Лекция 3.4.5.docx
• Тип: Лекция; #843079

Лекция 3,4,5 ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ

Основные эффекты оптоэлектроники. Общая характеристика источников света. Естественная ширина спектральной линии. Причины ее уширения. Спонтанное и стимулированное излучение. Условие самовозбуждения для лазеров. Спектр генерации.

Основные эффекты оптоэлектроники:

- фотопроводимость или внутренний фотоэффект - это увеличение электропроводности полупроводника или изолятора под  действием света. Основной прибор, работающий на изменении фотопроводимости - фоторезистор, быстродействие которого ниже, чем у других оптоэлектронных приборов и зависит от области спектра;

- фотогальванический эффект - если светом облучать электрод вакуумной лампы, то возникнет эмиссия электронов. Это явление называется фотоэффектом. Если же осветить поверхность перехода в полупроводнике, то появится ЭДС. Это 
явление   называется фотогальваническим эффектом и связано с тем, что в полупроводнике при поглощении фотонов образуются пары электрон-дырка, которые преодолевают потенциальный барьер в месте перехода. В результате возникает ЭДС;

- нелинейные оптические эффекты - это нелинейные отклики на мощное оптическое излучение. К ним относятся эффект Рамана и эффект Бриллюэна. Эффектом Рамана называют рассеяние монохроматического излучения (излучения одной длины волны) в веществе, при котором в спектре рассеянного света появляются новые, характерные для данного вещества линии, отличающиеся от спектральной линии источника. Эффект Бриллюэна - это рассеяние, возникающее в результате взаимодействия акустического фонона с оптическим излучением со смещением линий на частоту фонона. Вынужденный эффект Бриллюэна возникает под действием сильно интенсивных световых пучков возбуждающего света;

- магнитооптический эффект - это изменение оптических свойств (отражение, пропускание, поляризация и др.) вещества в зависимости от его намагниченности или от приложенного к нему магнитного поля. Наиболее известные из магнитооптических эффектов - эффект Фарадея (вращение плоскости поляризации света в среде, которая находится в магнитном поле);

- электрооптический эффект - эффект Поккельса (изменение коэффициента преломления пропорционально приложенному электрическому полю - нелинейное явление второго порядка) и эффект Керра (изменение коэффициента     преломления, пропорциональное квадрату приложенного электрического поля - нелинейное явление третьего порядка);

- акустооптический эффект - это явления преломления, дифракции, отражения или рассеяния света на периодических неоднородностях среды, вызванных упругими деформациями при прохождении ультразвука. Акустооптические эффекты бывают двух видов: при низкой частоте ультразвука и малой ширине фронта ультразвуковой волны возникает дифракция Рамана - Ната. А если частота ультразвука высокая и ширина фронта велика, возникает дифракция Брэгга;

- вынужденное излучение света - излучение света может происходить двумя способами. При первом способе электроны в атоме, находящиеся на энергетическом уровне Е2, без постороннего вмешательства переходят на более низкий энергетический уровень Е1, испустив при этом квант света (так называемое спонтанное излучение). При втором способе электроны, находящиеся на уровне Е2 подвергаются воздействию света с определенной длиной волны, пори этом атом испускает свет, по длине волны и фазе полностью соответствующий воздействию. Это и есть вынужденное или индуцированное излучение;

- люминесценция - это явление, при котором вещество, поглощая энергию света или какого-либо другого излучения (либо под воздействием различных химических реакций) переходит в возбужденное состояние, а затем, возвращаясь в исходное состояние, излучает полученную энергию в виде света. Кратковременное люминесцентное излучение, прекращающееся почти сразу с окончанием возбуждения называется флюоресценцией, а длительное, продолжающееся и после окончания возбуждения, - фосфоресценция.

В зависимости от способа возбуждения люминесценция делится на несколько видов:

1. фотолюминесценция - свечение вещества при облучении светом;

2. катодная люминесценция - свечение вещества при облучении пучком электронов;

3. электролюминесценция - свечение вещества под действием электрического поля;

4. хемилюминесценция - свечение, вызванное химическим реакциями, проходящими в веществах;

5. антистоксовая люминесценция - свечение, энергия (частота) которого выше энергии (частоты) возбуждающего излучения, и стоксовая люминесценция - при которой энергия свечения ниже частоты возбуждающего излучения.
Поляризация - это характеристика поведения одного из ортогональных (плоскости которых всегда взаимно перпендикулярны) векторов Е (напряженности электрического поля электромагнитной волны) или Н (напряженности магнитного поля электромагнитной волны). Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризацию. При линейной поляризации вектор Н (или вектор Е, что в данном случае одно и то же) распространяется вдоль оси Z (направления распространения), находясь строго в плоскости Y-Z: 
 


  
  
  
  
  
  
  
  
 

При круговой поляризации вектор Н, распространяясь вдоль оси Z вращается также и вокруг этой же оси, не изменяясь по величине:



При эллиптической поляризации вектор Н распространяется вдоль оси Z, вращается вокруг неё и постоянно меняет свое значение по определенному закону:



Из приведенных выше трех типов поляризации наиболее общим является эллиптическая поляризация, а линейная и круговая поляризации являются частными случаями эллиптической.
Когерентность - синфазность и синхронность вынужденного оптического излучения, состоящего из большого количества отдельных мод (типов волн электромагнитного излучения). Когерентность присуща только лишь вынужденным колебаниям. Она появляется только лишь при выполнении определённых условий и не является свойством спонтанных (естественных или искусственных) источников излучения. К. есть обязательное условие лазерного излучения, и именно она придает ему специфические особенности - направленность и крайне низкую расходимость лазерного пучка.
Преобразователи некогерентного излучения в когерентное - это прибор, преобразующий излучение или изображение, получаемое в естественном свете, в когерентную картину. Он представляет собой оптическую память - для записи изображения и пространственный модулятор - для считывания изорбражения путем облучения записи лазером на основе эффекта Поккельса. Такие преобразователи часто применяются в голографии и в системах, производящих корреляционные вычисления и Фурье-анализ в реальном времени.
Светоизлучающие диоды.

Основным материалом как для светодиодов (СИД), так и для лазеров является арсенид галлия GaAs. Различие между ними состоит в том, что излучение в светодиодах спонтанное и некогерентное, а в лазерах стимулированное и когерентное. Важной особенностью светодиодов является присущая им деградация – постепенное уменьшение мощности излучения при длительном пропускании через прибор прямого тока. Основными характеристиками светодиодов являются: длина волны излучения, ширина спектра излучения, мощность P, время переключения и диаграмма направленности излучения.  Характерной особенностью светодиодов является практически линейная зависимость мощности излучения от тока накачки: P = f(Iн). Это позволяет использовать аналоговые системы передачи для  модуляции оптического излучения. При использовании СИД  в системах связи применяется только прямая модуляция интенсивности излучения с помощью изменения тока инжекции. СИД являются приборами с низким входным сопротивлением и потребляют большой ток, поэтому для их возбуждения следует использовать низкоомные транзисторы, обеспечивающие большой ток и требуемую линейность. Сравнительно простая конструкция СИД, их высокая надежность и достаточно слабая зависимость характеристик излучения от температуры делают их особенно подходящими для ВОСП (волоконно-оптических систем передачи) на короткие расстояния при невысокой скорости передачи.
Полупроводниковые лазеры.

Чтобы светодиод стал генерировать когерентное оптическое излучение, его необходимо поместить в открытый резонатор, обеспечивающий положительную оптическую обратную связь. В полупроводниковых лазерах (LASER – усиление света путем вынужденной эмиссии излучения) зеркалами резонатора служат грани полупроводникового кристалла. Из-за разности показателей преломления на границе «кристалл-воздух» получается достаточно высокий коэффициент отражения и большое усиление. Вообще лазер – это излучатель световых волн, представляющий собой генератор и систему положительной обратной связи. Полупроводниковые лазеры, изготовленные из одного вида полупроводника (чаще всего арсенида галлия – GaAs), называются гомолазерами. В таком лазере очень велики потери в объемном резонаторе. Из-за этого для  превышения порога генерации необходимы значительные токи, которые вызывают сильный нагрев кристалла и быстрое его разрушение. Но лазерный диод, предназначенный для связи должен устойчиво работать при нормальных внешних условиях с любыми модулирующими токами и не требовать при этом внешнего охлаждения. Поэтому гомолазер применяется для генерирования одиночных импульсов большой мощности и для оптической связи не используется (только в измерительных приборах). Значительно более эффективны гетеролазеры (впервые появились в СССР), в которых уменьшение плотности тока и улучшение других характеристик было достигнуто за счет использования многослойных полупроводников. Гетеролазеры – это инжекционные лазеры на основе гетеропереходов, в которых используют два вида полупроводников (обычно это GaAs и AlGaAs – арсенид галлия с примесью алюминия). С помощью таких лазеров удалось получить импульсный режим работы при комнатной температуре, а для некоторых специальных  конструкций оказалась возможной работа и в непрерывном режиме.

Несколько позже появились новые лазеры на основе двойной гетероструктуры – полосковые лазеры (другое название - лазеры с полосковыми контактами или лазер с полосковой геометрией). У этих лазеров активная область была изготовлена в виде узкой полоски, заключенной внутри значительно более широкой пассивной части кристалла. Эти лазеры имеют три важных преимущества перед другими подобными приборами: 1) излучение выходит через площадку малой мощности, что упрощает согласование лазера со световодом; 2) значительно упрощается теплоотвод, так как активная область (в которой выделяется тепло) находится внутри более холодного полупроводника; 3) уменьшается рабочий ток лазера.

Для уменьшения количества генерируемых мод (что является необходимым условием увеличения скорости передачи информации) был разработан лазер с распределенной обратной связью (РОС). Системы обратной связи лазеров бывают дискретными – в виде расположенного вне лазерной среды оптического резонатора, состоящего в большинстве случаев из полупрозрачных зеркал, и распределенными – в виде структуры, где отражение создается периодическим изменением показателя преломления вдоль пути света. В лазере с РОС для уменьшения числа мод в резонаторе создается либо периодическая неоднородность показателя преломления, либо периодическое изменение оптической толщины активного слоя, в котором распространяется световая волна. Такие периодические структуры называются дифракционными решетками, имеющими для создания зеркального эффекта несколько сотен штрихов (по-другому - сотен периодов). В результате дифракции на такой решетке останутся только те моды, длина волны которых кратна периоду решетки. При этом расстояние между штрихами l_B (период) должно удовлетворять условию Брэгга:

 l_B = m/\ / 2n_эф ,

где n – порядок дифракции, /\ – длина волны света в материале, n_эф – эффективный показатель преломления волновода.

В лазере с РОС периодическая структура распределена по всей активной области генерации. Положительная обратная связь создается за счет обратного рассеяния Брэгга.

Лазер с РОС – это волновод с выступами и впадинами в виде дифракционной решетки. Световая волна, проходящая по такому волноводу, рассеивается всеми точками дифракционной решетки. Во многих точках свет понемногу рассеивается в противоположных направлениях, но в целом получается рассеяние большой интенсивности. Длина волны в таком лазере определяется показателем преломления и от температуры практически не зависит.

Одно из применений распределенной обратной связи – лазер с распределенным брэгговским отражением (РБО), в котором такая система расположена с двух сторон активного слоя. Лазеры с такой структурой генерируют только одну продольную моду, что делает их удобными для использования в качестве источников излучения при работе по одномодовому волокну и в системах передачи со спектральным уплотнением. Недостатком такого лазера является более высокая плотность рабочего тока. 
Полупроводниковые лазеры имеют ограниченный срок службы, обусловленный постепенной и катастрофической деградацией. Постепенная деградация зависит от плотности тока и скважности импульсов, а причиной катастрофической деградации является перегрев лазерного диода, приводящий к разрушению торцов.
Оптический усилитель.

Усилители оптического диапазона применяются для того, чтобы компенсировать ослабление сигнала при прохождении ими оптических волокон большой длины. Чаще всего применяются волоконные усилители, легированные эрбием (EDFA). Такие усилители изготавливают из отрезка волокна со специальными примесями, имеющими высокую излучательную способность. Эти усилители работают в окне 1550 мкм (1530…1560 мкм).  На Рис. 2.1 показан принцип действия волоконного усилителя, легированного эрбием.

Оптическая мощность накачки лазера с длиной волны 1480 нм  поступает в отрезок волокна длиной 10…20 метров через устройство спектрального мультиплексирования. Это излучение переводит электроны атомов эрбия на более высокий энергетический уровень, т.е. на более высокую орбиту. Если теперь атом подвергается воздействию света с другой длиной волны, электроны переходят на более низкий энергетический уровень (на более низкую орбиту) и при этом испускают свет, по длине волны и фазе полностью соответствующий воздействию.

Усиление при этом может достигать 15…30 дБ, но оно зависит от уровня входного излучения и, незначительно, от длины волны.

Рис. 2.1. Принцип действия оптического усилителя.
 Легированный эрбием волоконный усилитель может использоваться также для систем спектрального мультиплексирования со многими длинами волн в окне 1550 мкм. В этом случае полное усиление разделяется между оптическими сигналами системы спектрального мультиплексирования. Для такого использования равномерность усиления является одним из наиболее критичных параметров.
Спонтанное и стимулированное излучение

Спонтанное излучение атома - это условный термин. Более строго следовало бы сказать: спонтанное испускание атомом электромагнитных волн (электромагнитного излучения). Но в литературе принято название этого процесса, использованное в заголовке настоящей статьи. Условность названия еще и в другом: фактически речь пойдет об испускании электромагнитных волн не только атомами, но и ионами, молекулами, радикалами, электронами в твердых телах и т.д.

В нашей повседневной жизни со спонтанным излучением мы сталкиваемся практически на каждом шагу. Испускание света Солнцем, сверкание молнии, свечение северного сияния. Фактически все, что в Природе светится, связано со спонтанным излучением. Оно играет большую роль и в различных приборах и устройствах. Свечение сильно нагретых тел, например лампочек накаливания, - это спонтанное излучение. Свечение так называемых ламп дневного света, ламп неоновой рекламы, экранов телевизоров и компьютерных мониторов - это тоже спонтанное излучение.

Что касается научного применения этого явления, то на спонтанном испускании видимого и инфракрасного излучения до недавнего времени базировалась практически вся спектроскопия. Хотя в настоящее время успешно развивается лазерная спектроскопия, технические применения спектроскопии на основе спонтанного испускания обширны и практически важны. Достаточно назвать спектроскопический контроль за плавкой металлов. Спектроскопия спонтанного излучения Солнца позволяет изучать состав его светящейся короны и т.д. Это лишь отдельные примеры. Фактически же роль спонтанного излучения в Природе, науке и технике значительно шире. Цель настоящей статьи - разобраться в основных свойствах спонтанного излучения.
Классификация лазеров и их применения.

Лазеры можно классифицировать по особенностям активной среды (твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях) и по способу накачки (лазеры с оптич. накачкой, газоразрядные лазеры, хим. лазеры) и т. д. Но любая из таких классификаций не выглядит убедительной, т. к. в рамки одного и того же класса. Лазеры попадают системы, совершенно не похожие по др. признакам. По совокупности признаков (среда, способ накачки, генерируемая мощность и др.) удобно выделить следующие виды лазеров:

1) Твердотельные лазеры на люминесцирующих средах (лазеры на стёклах, активированных Nd, YAG-лазеры, рубиновые лазеры); накачка оптическая. Применение: лазерная спектроскопия, нелинейная оптика, лазерная технология (сварка, закалка, упрочнение поверхности). Лазерные стёкла применяются в мощных установках для лазерного термоядерного синтеза (ЛТС).

2) Электроразрядные Л. низкого давления на благородных газах: Не-Ne, He-Xe и др. Маломощные системы, излучение высокой монохроматичности и направленности. Применение: спектроскопия, стандарты частоты и длины, настройка оптич. систем, маркшейдерские работы.

3) Полупроводниковые лазеры: накачка инжекцией через гетеропереход (см. Гетеролаар), а также электронным пучком. Гетеролазеры миниатюрны, имеют большой кпд, могут работать в импульсном и непрерывном режимах. Применение: спектроскопия, оптич. стандарты частоты, оптич. линии связи, звуко- и видиосистемы. Л. с электронной накачкой перспективны для проекционного лазерного телевидения, оптич. обработки информации.

4) N₂-С0₂- и СО-лазеры высокого давления; способ возбуждения - поперечный разряд с предионизацисй и несамостоятельный (электроионизационный) разряд. Практически достижимая мощность> 10 кВт. Возможен импульсный режим работы. Применение: спектроскопия, лазерная химия, медицина, технология.

5) Ионный аргоновый Л.- лазер непрерывного действия, генерирующий зелёный луч; накачка - электрический разряд. Достижимая мощность несколько десятков Вт. Применение: спектроскопия, нелинейная оптика, медицина.

6) Эксимерные лазеры. Рабочая среда - газовая смесь благородных газов с F₂, C1₂, фторидами. Возбуждение сильноточным электронным пучком или поперечным разрядом. Импульсный режим работы. УФ-диапазон длин волн. Применение: спектроскопия, химия; рассматриваются проекты мощных систем для лазерного термоядерного синтеза.

7) Лазеры на красителях. Рабочая среда - жидкость (разрабатываются и газовые системы). Оптич. накачка (применяются как излучения др. типов Л., так и газоразрядных ламп). Осн. достоинство - большой диапазон плавной перестройки частоты генерируемого излучения.

8) Химические лазеры. Среда - смесь газов. Осн. источник энергии - хим. реакция между компонентами рабочей смеси. Возможны варианты Л. импульсного и непрерывного действия. Широкий спектр генерации в ближней ИК-области спектра; большие мощности непрерывного излучения и большие энергии в импульсе. Применение: спектроскопия, лазерная химия, системы контроля состава атмосферы. Рассматриваются проекты систем для ЛТС.

9) Газодинамические лазеры с тепловой накачкой. Осн. рабочая смесь: N₂+CO₂+He или N₂+C0₂+Н₂О. Излучающая молекула - СО₂. Получена генерация на молекулах СО, CS, N₂0.

10) Лазеры на свободных электронах - система, с к-рой связываются перспективы дальнейшего развития Л. Однако систем, работающих в видимом диапазоне и имеющих практич. значение, пока нет.

11) Гамма-лазеры и лазеры рентг. диапазона широко обсуждаются в литературе. Есть первые успешные эксперименты по осуществлению рентгеновских лазеров.

12) Параметрич. лазеры основаны на нелинейном явлении распада одного фотона на 2 других, суммарная энергия к-рых равна энергии исходного фотона. В качестве накачки используется лазерное излучение. Осн. преимущество - возможность перестройки частоты генерируемого излучения. Применяются в спектроскопии.

13) Л. на основе вынужденного комбинационного рассеяния; накачка лазерным излучением. Применяются для получения когерентного излучения разл. частот и для суммирования излучения неск. Л. с целью увеличения яркости когерентного излучения.
Генерация коротких и сверхкоротких импульсов. Если для накачки твердотельного лазера используется лампа-вспышка с длительностью импульса Δt_n Лазер 10^-3 сек, то импульс генерации длится примерно такое же время. Небольшое запаздывание начала генерации по сравнению с лампой-вспышкой обусловлено тем, что для развития генерации необходимо превысить некоторое пороговое значение инверсии населённостей, после чего усиление за один проход рабочего объёма начинает превышать суммарные потери энергии за счёт отражения луча от зеркал резонатора, паразитного поглощения и рассеяния света. При достаточно больших мощностях накачки порог генерации достигается за время t << t_н. Такой режим работы лазера, когда длительность лазерного импульса Δt_л ≈ Δt_н, наз. режимом свободной генерации. Для ряда применений важно сократить длительность импульса Δt_л, т.к. при заданной энергии импульса пиковая мощность лазера. возрастает с уменьшением его длительности. С этой целью разработан метод модулированной добротности (модулируется добротность резонатора), состоящий в следующем: предварительно производят оптическую накачку, искусственно препятствуя возникновению генерации. Это осуществляют, например, помещая внутри резонатора оптический затвор. При закрытом затворе генерация невозможна, и энергия накапливается в резонаторе в виде нарастающего количества возбуждённых атомов. Если затем быстро открыть затвор, то вся запасённая энергия возбуждения, или большая её часть высвечивается в виде короткого светового импульса. Длительность такого лазерного импульса Δt_л определяется или скоростью открывания затвора или, если эта скорость достаточно велика, временем установления электромагнитного поля в резонаторе.

Применяются различные типы оптических затворов: механически вращающиеся зеркала и призмы, Керра ячейки, управляемые электрическим сигналом, и т.п. С помощью оптических затворов обычно получают импульсы длительностью Δt_л Лазер 10^-7 — 10^-8 сек. Полная энергия импульса в режиме модулированной добротности оказывается меньшей, нежели в режиме свободной генерации. Тем не менее, выигрыш в мощности за счёт уменьшения Δt_л достигает нескольких порядков.

Новые возможности сокращения длительности импульса лазера открыло применение в качестве затворов просветляющихся фильтров. Таким фильтром обычно служит слабый раствор красителя, причём концентрация поглощающей компоненты подбирается таким образом, чтобы при достаточно большой интенсивности света достигалось насыщение, при этом раствор становится прозрачным (просветляется). Введение в резонатор такого фильтра повышает порог генерации: при включении накачки в рабочем объёме начинают накапливаться возбуждённые частицы; растет также и интенсивность их спонтанного излучения. Пока эта интенсивность (с учётом усиления за один проход рабочего объёма) меньше просветляющей, поглощение в фильтре препятствует развитию генерации. Но как только достигается уровень просветления, затвор автоматически выключается, и уже ничто не препятствует развитию генерации. Применение просветляющихся фильтров позволило получить гигантские импульсы света длительностью до 10^-9 сек, с энергией Лазер десятков дж, что соответствует мощности Лазер 10¹⁰ вт.

         Если обеспечивается одномодовой режим генерации, то наблюдается единый, не имеющий структуры гигантский импульс. В остальных случаях гигантские импульсы имеют сложную структуру. Например, для неодимового лазера они представляют собой последовательность значительно более коротких импульсов длительностями Лазер 10^-11—10^-12 сек. Происхождение этой структуры объясняется следующим образом: спонтанное излучение атомов Nd в стекле характеризуется довольно широким спектром Δν Лазер 10¹² гц (Δλ Лазер 100), причём характерный временной масштаб всей этой картины, т. е. длительность типичных всплесков интенсивности, имеет порядок величины  . 2L/c. Подобный метод получения сверхкоротких и исключительно мощных импульсов получил название метода самосинхронизации мод. Практически сфазировать все моды лазера довольно трудно. Чаще всего удаётся сфазировать лишь часть из них. При этом картина формирования сверхкоротких импульсов усложняется. Реальный процесс формирования сверхкоротких импульсов с помощью просветляющегося фильтра протекает примерно следующим образом: на начальной стадии развития генерации излучение представляет собой случайный процесс. Если просветляющая интенсивность соответствует горизонтальной прямой, то фильтр будет выключаться теми пучками, интенсивность которых больше просветляющей. После прохождения каждого из таких пучков фильтр снова начинает поглощать. Естественно, что генерация может развиваться, таким образом, лишь в случае достаточно малой инерционности фильтра. Иначе после каждого сильного пика фильтр пропустит ещё несколько последующих более слабых пиков.

Просветляющийся фильтр можно подобрать так, что он будет выключаться только самыми сильными всплесками интенсивности. Это позволяет, используя некоторые дополнительные устройства, выделять отдельные сверхкороткие импульсы генерации. Энергия каждого из таких импульсов, как правило, невелика, однако её можно значительно увеличить, если усилить первоначальный импульс с помощью второго Л. или нескольких лазеров, работающих в режиме усиления и отличающихся от лазеров в режиме генерации отсутствием зеркал или каких-либо др. отражающих элементов, образующих резонатор. Все возможные причины отражений устраняются выбором соответствующей конструкции. Техника формирования сверхкоротких импульсов и их последующее усиление позволяют получить импульсы генерации длительностью Лазер 10^-11 — 10^-12 сек и пиковой мощностью Лазер 10¹² — 10¹³ вт.

Можно ожидать от Л. на неодимовом стекле дальнейшего сокращения импульсов, по крайней мере в несколько раз. Однако измерение длительности столь малых временных интервалов затруднительно. Мощность ограничивается прочностью самих лазерных материалов и достигает 10¹²—10¹³ вт. Это значительно превышает мощности крупнейших современных электростанций. Развитие методов формирования коротких и сверхкоротких импульсов открыло новый класс оптических явлений, таких, как Самофокусировка света, Вынужденное рассеяние света, параметрическое преобразование частоты света, смешение частот и т.п. Все эти явления и их применения составляют содержание нелинейной оптики.