非線性光學(xué)appt課件-在線瀏覽
2025-06-29 13:39本頁面
【正文】 線性光學(xué)效應(yīng)概述 2. 由于激光器的工作原理與普通光源的發(fā)光機理不同，所以 能從根本上突破以往各種普通光源的種種局限性，賦予古 老的光學(xué)以新的強大生命力，從而引起各種光學(xué)應(yīng)用技術(shù)的革命性進展，并極大地促進了各種基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展。 激光技術(shù)從 1960年誕生到現(xiàn)在，已經(jīng)歷了近半個 世紀的發(fā)展時間。 3. 在物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，出現(xiàn)了一門嶄新的學(xué)科 —— 非線 性光學(xué)的出現(xiàn)與發(fā)展。 一、非線性光學(xué)的學(xué)科定義 線性光學(xué)： 普通光場與物質(zhì)相互作用，物 質(zhì)與光場呈線性效應(yīng)關(guān)系 （ 1）光與物質(zhì)相互作用的基本理論 普通光入射到介質(zhì)中時，電極化強度矢量 與光場 成簡單的線性關(guān)系： PEEP 10 ??? 單一頻率的光入射到非線性介質(zhì)中 ，其頻率不發(fā)生任何變化 ， 不同頻率的光同時入射時，彼此不發(fā)生耦合作用，也不會產(chǎn)生任何新的頻率，麥氏方程組是線性微分方程組，只含 的一次方項。 （ 2）強光與物質(zhì)相互作用的基本規(guī)律 E二次、三次諧波；光參量放大與振蕩。 受激散射，飽和吸收。如，倍頻、和頻、差頻、光放大，受激散射、多光子吸收、自聚焦、光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)等，這些統(tǒng)稱為非線性光學(xué)效應(yīng)，研究這些效應(yīng)的學(xué)科稱為非線性光學(xué)。 同年凱澤（ Kaiser）和加勒特（ Garrett）觀察到激光輻 射的雙光子吸收，這是一種三階非線性光學(xué)效應(yīng)。自此以后，許多實驗驗證可非線性效應(yīng)能引起不同頻 率的光場之間能量的交換，而呈現(xiàn)多種新的光學(xué)現(xiàn)象和新的 光學(xué)效應(yīng)。目前非線性光學(xué)逐漸由基礎(chǔ)研究階段進入應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究階段。 強激光與物質(zhì)相互作用的主要特性 激光的特點 激光是受激輻射，普通光源是自發(fā)輻射，這是它們的本質(zhì)區(qū)別，因而激光具有普通光源所沒有的特點： （ 1）高的定向性（發(fā)散角?。? （ 2）高的單色性（高相干性） （ 3）高亮度（高的光子簡并度） 強 激光 與物質(zhì)相互作用的主要特性 具有能動性、有效性；具有共振性和共振選擇性； 高光譜分辨率；高時間分辨率；高的空間分辨率 第二章 非線性電極化效應(yīng)理論基礎(chǔ) 本章的主要內(nèi)容 強光作用下，產(chǎn)生非線性電極化效應(yīng)的基本圖像 描述不同頻率強光波在介質(zhì)內(nèi)相互作用的基本方程： 耦合波方程 167。 一、線性極化 線性極化 在弱光場作用下，介質(zhì)的電極化強度矢量 P與外界電場強度E成簡單線性關(guān)系： ? ? EP 10 ???? （ ） 式中， 稱為介質(zhì)的電極化系數(shù)，線性電極化率。 P以與入射光 E相同的頻率 隨時間變化，從而根據(jù)勞倫茲理論，輻射出頻率為 的次電磁波，單色光入射時頻率不會發(fā)生變化。 由麥氏方程變化的電場周圍產(chǎn)生變化的磁場，使得向外輻射電磁波。 二、非線性極化 在強光場作用下，介質(zhì)的電極化強度矢量 P與外界電場強度E成非線性關(guān)系： ? ? ? ? ? ? ][ 332210 ????? EEEP ????? ?2?（ ） 式中： 二次電極化率，引起二次諧波，光整流效應(yīng)， 光學(xué)混頻，光參量振蕩等。 ? ? ? ? ? ? ][ 332210 ????? EEEP ????? ?? ?? ?? ?原子E? 12312??????原子E?式中 是原子內(nèi)的平均場強，其量級約為 108伏 /厘米左右， 相比一般不能忽略，因此必須考慮展開式中高次 對普通光輻射來說，其場強值遠小于， 因此展開式 中除第一項外，均可忽略，但對激光輻射來說，其光波場數(shù)值與 原子E?原子E?（非線性）項的貢獻，由此就會有各種新光學(xué)效應(yīng)的出現(xiàn)。 ?2)2(P（ 2）（ ）式中含有常數(shù)項，稱為直流項，表示光整流效應(yīng)， 表明介質(zhì)中存在靜電場。 即： （ 2）對于各向同性介質(zhì)和具有中心對稱的各向異性介質(zhì)， 當(dāng)外加電場方向反向時，相應(yīng)的電極化強度也改變符號 )0(P? )2( 1?P? )2(2?P?)( 21 ?? ?P? )( 21 ?? ?P?)( EfP ?? ? )( EfP ?? ???? ? ? ? ? ? ][ 332210 ????? EEEP ????， 上式中偶次項系數(shù)為零，因而在這樣的晶體中，不存 在二次非線性電極化效應(yīng)。 ?各向同性介質(zhì)中， 是與方向無關(guān)的常數(shù)，在各向異性 介質(zhì)中， 不但與入射光場 的強度有關(guān)，而且與 的方向有關(guān)， 是一個張量。 非線性介質(zhì)內(nèi)強光相互作用 的耦合波方程 一、電磁波在非線性介質(zhì)內(nèi)的傳播方程 (波動方程 ) 麥克斯韋方程組 ???????????????????????????0BDtDjHtBE????????物質(zhì)方程 ???????????EjHBPED?????????? 0（ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） 0??。 三、二次非線性效應(yīng)中的三波耦合方程組 設(shè)：三束光波為： ? ? ? ? ? ?? ?? ?..e x p21, 1111 cctzkizEtzE ??? ???? ? ? ? ? ?? ?? ?..e x p21, 2222 cctzkizEtzE ??? ???? ? ? ? ? ?? ?? ?..e x p21, 3333 cctzkizEtzE ??? ???（ ）
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