非線性光學(xué)極化率

第一章非線性光學(xué)極化率§1.1導(dǎo)論“非線性光學(xué)”研究什么？n“光”對(duì)介質(zhì)“光學(xué)性質(zhì)”的“非線性影響”光”:強(qiáng)光光”:強(qiáng)光(Laser)光強(qiáng)比較：I=W/S（W/m2）或用電場(chǎng)強(qiáng)度E（V/m）表示1）正午陽(yáng)光:I二250(W/m2)((查書(shū):P433)I=104(W/m2)―對(duì)應(yīng)>E=1.37x103(V/m).104(W/m2)=250(W/m2)1.37x103(V/m)x=216(V/m)=2.16(V/cm).2)Laser:歷史:1960年:梅曼紅寶石6943A，1961年:Franken二次諧波脈沖Laser:At皮秒席飛秒110-15SE—1 \nE/At=109(W)At=10nsIAS*=后0.01mm2=10-10m2I二1019W/m2nE二4.33x1Oio(V/m)3）原子內(nèi)場(chǎng)（以H原子為例）:國(guó)際單位制［MKS+A（安培）］EatEat1ee=1.60x10-19C;e(真空中的介電系數(shù))=8.85x10-12F/m?F=C/V0r=a(波爾半徑,n=1)=0.53A=0.53x10-10m=6=6x1011(m-F-1-C-m-2)=6x1011(V/m) 與Laser比較—同一量級(jí)。Eat高斯單位制[CGS+esu(靜電單位)]E=—atr2

e=4.8x10-10(esu);(1C=3x109esu)r=5.3x10-9cmE=2x107(statvolt/cm)=6x1011V/m;(lstatvolt=300V)(查書(shū):P433)at兩種單位制：“長(zhǎng)槍、短炮各有優(yōu)勢(shì)”?！肮鈱W(xué)性質(zhì)”：吸收(線性、非線性、飽和)輻射(SHG、SFG、DFG、OPO、OPF、FWMF)散射(SRS、SBS、RS、ARS)折射率(電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、光學(xué)自聚焦)“非線性”歸結(jié)為介質(zhì)的P(極化強(qiáng)度)和E(外光場(chǎng))的關(guān)系，P=P(E)?！胺蔷€性影響”：工P(t)i ~極化強(qiáng)度：P(t)=iv；P(t):表示P是時(shí)間的快變量。PTE的關(guān)系：1.1.1)如果：P=x⑴1.1.1)X⑴為線性極化率涉及的現(xiàn)象：線性光學(xué)、傳統(tǒng)光學(xué)如果：P=x⑴E+x⑵E2+x⑶丘3+…1.1.2)=P(1)+P⑵+P⑶+….=P(1)+P(NL1.1.2)式中，X(1):一階(線性)極化率；P(1):—階(線性)極化強(qiáng)度X⑵：二階極化率；P(2)：二階極化強(qiáng)度(非線性)X⑶：三階極化率；P(3)：三階極化強(qiáng)度(非線性)P(n)(n>2)，涉及的現(xiàn)象：非線性光學(xué)TT TTT矢量形式：TT TTT矢量形式：P=X⑴-E+X⑵EE+TTT)T:EEE+…二階并矢 三階并矢X（1）:二階張量32=9個(gè)矩陣元，XX（1）:二階張量32=9個(gè)矩陣元，X不X11ii11—X21ji21一Xki31X12ij12_X22jj22?X32kj32Xik13一X23jk23一Xkk33(直角坐標(biāo)系中)—?—?—?X(2):三階張量，33=27個(gè)矩陣元—》—》—》—》 X（3）:四階張量，34=81個(gè)矩陣元X（n）的數(shù)值比較:8(1)=n2=1+4兀"：高斯位位制）'8（1）為介電系數(shù)，n為折射率〔18(1)=n2=取n=1.5,X⑴二（1.25/4兀）?1（無(wú)量綱）10-11在（1.1.2）中，如果：P⑵?P（1）（強(qiáng)度在一個(gè)量級(jí)），即X⑵E2二X10-11X⑵_X(1)/E_X(1)/Eat同理，X⑶=X（1）/E2=X（1）/E2at_(巴上)2(m)26V10-11 mX(n)_( )n-1()n-1，X(n-1)?X(n)6V V '、 V '數(shù)值 量綱求出P(介質(zhì))后，P產(chǎn)生的非線性電磁波由電磁波的波動(dòng)方程確定(2.1.9)：、、 廠? 1Q2E 4兀d2P高斯單位制：V2E— _ (1.1.5)C2Ct2 C2Ct2TOC\o"1-5"\h\z?1C2EC2P國(guó)際單位制：V2E— _r-c2Ct2 0Ct24兀C2P（nl）J_0:介質(zhì)n中原有的電磁波不Ct2 0:P（NL）作為激勵(lì)源激勵(lì)產(chǎn)生相應(yīng)的E