第7章 近代光学与信息处理 §7.6.doc

文档介绍：§ 非线性光学简介
强光与介质作用会产生非线性光学现象举例:
1961 红宝石激光器
聚焦后射入石英晶体产生红光和兰光
/2
¾ 倍频

自聚焦:
液体CS2
……
强光与介质的相互作用
· 光与物质作用时-电矢量使原子极化,成为电偶极子-振荡,发出次级波
原子的电偶极矩:
电极化强度:
光强不大时:
· 介质的非线性极化:高强度光束的光矢量E使介质产生非线性极化

=
,
依次减小彼此相差好几个数量级;许多有趣的光学现象都起源于。
和介质有关
¾ 一次介质
¾ 二次介质
¾ 三次介质

(1)内容
两列单色平面波通过晶体,入射波的光矢量分别为
,在光场作用下介质的二阶非线性极化强度

这些极化强度都是辐射源,因此,二阶非线性效应的内容至少应包括光整流、倍频、和频、差频等。
(2)倍频光的产生
输入基频光的光矢量为
在介质中z处t时刻基频光的光矢量为
,
z处二阶极化强度
,作为辐射源辐射同频率的光波:

与输入光相比较知辐射的是倍频光。
(3) 相位匹配
相位匹配是指无论在晶体中什么位置上的辐射的倍频波在晶体的输出端面上都具有相同的相位,以实现相长相干的迭加。
· 相位匹配的条件:
t时刻z处的相位为:
设在t时刻z处辐射的倍频波相位为:
晶体输出端面处倍频波的相位为

若满足,则输出端倍频光的相位与z无关,能实现相长相干。
,
要求
从光的量子性来看:
光很强时可产生双光子吸收,跃迁到能级
®
动量守恒:
与方向要相同,即要
· 实现:利用晶体的双折射性质可实现。对负晶体,的椭球形e光波面与的球形o光波面在与光轴成角的方向相交(对正晶体的球形o光波面与的椭球形e光波面在与光轴成角的方向相交),只要让基频光沿与
光轴成(或)的方向入射即可。

线性介质的折射率是与光强无关的常数非线性介质的折射率则是光强的函数。
介质中光波的光矢量引起的极化强度为
,
电位移矢量

· 折射率
· 自聚焦与自散焦:
光强在光束横截面上呈高斯分布的光束,的介质相当于一个凸透镜,对高斯光束有会聚作用,这就是自聚焦效应,的介质相当于一个凹透镜,使高斯光束发散,这就是自散焦效应。

相位共轭波
,
信号波为
=
它的共轭波定义为
=
物理上看,信号波与其共轭波具有相同的频率、互为共轭的复振幅及相反的传播方向,还可以把共轭波看成是信号波的时间反演波,因为有
=Es(r,-t)
(2) 相位共轭镜与普通反射镜的比较
(3)简并四波混频产生相位共轭波