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(dāng)光照射物質(zhì)時(shí)，光波電磁場(chǎng)將對(duì)物質(zhì)中的電子產(chǎn)生作用，在外電場(chǎng)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(chǎng)的變化產(chǎn)生振蕩。++－原子的電極化：負(fù)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(chǎng)作用下產(chǎn)生位移r，則每個(gè)電子產(chǎn)生一個(gè)電偶極矩p。若光波隨時(shí)間作正弦變化，即它的電場(chǎng)強(qiáng)度沿兩個(gè)相反方向交替變化，電偶極子的負(fù)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(gè)電偶極子，N個(gè)偶極矩的矢量和為極化強(qiáng)度P。當(dāng)有幾種不同頻率的光波同時(shí)與該物質(zhì)相互作用時(shí)，各種頻率的光都線性獨(dú)立地反射、折射和散射，不會(huì)發(fā)生新的頻率。在線性光學(xué)中，物質(zhì)對(duì)光場(chǎng)的響應(yīng)與光的場(chǎng)強(qiáng)成線性關(guān)系。光的獨(dú)立性原理和疊加原理都成立。

非線性光學(xué)：外界作用的光場(chǎng)較強(qiáng)，電偶極子的振蕩不再具有位移與外電場(chǎng)成線性的關(guān)系，產(chǎn)生的電磁振蕩是非線性的。強(qiáng)光和弱光的劃分:比較E與E’的大小E:光場(chǎng)的強(qiáng)度E’:組成物質(zhì)的分子或原子內(nèi)部的平均電場(chǎng)強(qiáng)度線性關(guān)系強(qiáng)激光，E與E’可比擬,光場(chǎng)與物質(zhì)作用的非線性關(guān)系明顯.如光學(xué)倍頻和混頻,光學(xué)參量與振蕩,自聚焦,光學(xué)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(xué)現(xiàn)象:(1)強(qiáng)光與被動(dòng)介質(zhì)相互作用的非線性現(xiàn)象，如光學(xué)整流，光學(xué)倍頻與混頻，光自聚焦等等。(2)強(qiáng)光與激活介質(zhì)相互作用的非線性光學(xué)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(qiáng)度輻射場(chǎng)。（1）激光倍頻技術(shù)當(dāng)入射到介質(zhì)中的光波E=E0cosωt很強(qiáng)時(shí)，強(qiáng)光將在晶體中感生電極化強(qiáng)度P電極化強(qiáng)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(hào)）。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(jìn)，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(jié)果形成最后出射的倍頻光。當(dāng)θ滿足相位匹配時(shí)，許多倍頻次波輻射就因干涉相長(zhǎng)而得到最強(qiáng)的倍頻光，反之，不滿足相位匹配時(shí)，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(xiàng)中，除了有零頻項(xiàng)（直流項(xiàng)）和倍頻項(xiàng)外，還有和頻項(xiàng)以及差頻項(xiàng)。這些極化波