光波在非線性介質(zhì)中的傳播課件

2.7光波在非線性介質(zhì)中的傳播當光照射物質(zhì)時，光波電磁場將對物質(zhì)中的電子產(chǎn)生作用，在外電場的作用下，介質(zhì)原子成為電偶極子。電偶極子將隨光波的電磁場的變化產(chǎn)生振蕩。++－原子的電極化：負電荷中心與正電荷中心產(chǎn)生偏離的狀態(tài)。若物質(zhì)中的電子在外場作用下產(chǎn)生位移r，則每個電子產(chǎn)生一個電偶極矩p。若光波隨時間作正弦變化，即它的電場強度沿兩個相反方向交替變化，電偶極子的負電荷中心將繞正電荷中心作周期性振蕩。表征電偶極子的物理量是電偶極矩。若單位體積中有N個電偶極子，N個偶極矩的矢量和為極化強度P。當有幾種不同頻率的光波同時與該物質(zhì)相互作用時，各種頻率的光都線性獨立地反射、折射和散射，不會發(fā)生新的頻率。在線性光學中，物質(zhì)對光場的響應與光的場強成線性關系。光的獨立性原理和疊加原理都成立。

非線性光學：外界作用的光場較強，電偶極子的振蕩不再具有位移與外電場成線性的關系，產(chǎn)生的電磁振蕩是非線性的。強光和弱光的劃分:比較E與E’的大小E:光場的強度E’:組成物質(zhì)的分子或原子內(nèi)部的平均電場強度線性關系強激光，E與E’可比擬,光場與物質(zhì)作用的非線性關系明顯.如光學倍頻和混頻,光學參量與振蕩,自聚焦,光學相位共軛,光的受激散射,光致透明,多光子吸收...普通光源的光,各向同性介質(zhì)非線性介質(zhì):非線性極化系數(shù)比較大的介質(zhì)兩類非線性光學現(xiàn)象:(1)強光與被動介質(zhì)相互作用的非線性現(xiàn)象，如光學整流，光學倍頻與混頻，光自聚焦等等。(2)強光與激活介質(zhì)相互作用的非線性光學現(xiàn)象，如受激拉曼散射和受激布里淵散射等。---三次非線性電極化率---二次非線性電極化率---線性電極化率激光具有能顯示介質(zhì)非線性所需的高強度輻射場。（1）激光倍頻技術當入射到介質(zhì)中的光波E=E0cosωt很強時，強光將在晶體中感生電極化強度P電極化強度中除有頻率為零的直流成分外，還有頻率為ω的基頻成分以及頻率為2ω的倍頻成分（二次諧波信號）。2ωω2ωω非線性晶體濾光片光電倍增管激光θ匹配角θ：入射激光和非線性晶體光軸之間的夾角基頻激光在非線性晶體中產(chǎn)生倍頻極化波，倍頻極化波在一定厚度的晶體中一邊前進，一邊產(chǎn)生倍頻次波輻射。倍頻次波輻射與倍頻極化波相位相差π/2，它們疊加的結果形成最后出射的倍頻光。當θ滿足相位匹配時，許多倍頻次波輻射就因干涉相長而得到最強的倍頻光，反之，不滿足相位匹配時，倍頻次波輻射就因干涉相消而使倍頻光為零。相位匹配上式各項中，除了有零頻項（直流項）和倍頻項外，還有和頻項以及差頻項。這些極化波