《非線性光學(xué)簡介》PPT課件.ppt

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1、*非線性光學(xué)簡介（nonlinearoptics）圖為中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研制的非線性光學(xué)晶體三硼酸鋰，被美國評為1989年度國際激光與光電子技術(shù)領(lǐng)域十大產(chǎn)品之一1弱光在介質(zhì)中符合疊加原理—線性光學(xué)強光在介質(zhì)中不符合疊加原理—非線性光學(xué)——P與E成線性關(guān)系式中對各向同性介質(zhì)極化強度——介質(zhì)的電極化率★當電場強度E不太大時（弱光）*非線性光學(xué)簡介2★當電場強度E很大時（強光）——E和P呈非線性關(guān)系——線性極化率——二次（階）非線性極化率——三次（階）非線性極化率可以證明，各次極化率間有如下關(guān)系：各向異性介質(zhì)中，極化率是張量，P和E的關(guān)系較復(fù)雜，這里不再

2、做介紹。E原子?1010V/m3?對普通光E～104V/m，?高階項不重要，只留第一項，是線性效應(yīng)。?對激光E可很容易達到并超過108V/m出了各種非線性效應(yīng)。此時第二項就不能忽略了，此時展迅速，并很快形成為一個專門的新興的學(xué)科。1961年弗蘭肯（P.A.Farnken）等首先觀察到光學(xué)倍頻這一非線性現(xiàn)象。此后，非線性光學(xué)發(fā)介質(zhì)就表現(xiàn)4下面舉例介紹幾種常見的非線性光學(xué)現(xiàn)象：一.倍頻效應(yīng)由極化強度P中的第二項?0?（2）E2引起的若E=E0cos?t，第二項?0?（2）E2=?0?（2）E02cos2?t=?0?（2）E02/2（1+cos2?t）第一項?0?

3、（1）E=?0?（1）E0cos?t直流成分二倍頻原有頻率二階非線性效應(yīng)：則5▲光整流效應(yīng)：▲二倍頻現(xiàn)象：用途廣◆使不可見光→可見光（改變光顏色）；◆可提高產(chǎn)生所需頻率激光的效率。釹易獲高功率應(yīng)用：例如：P中的直流成分表明，光照晶體可在晶體的某兩個表面間產(chǎn)生直流電壓。不可見可見Nd3+激光器→1.064?m→0.532?m綠光頻倍脈沖紅寶石激光器水晶片3471.5?6943?棱鏡演示激光倍頻（KG045）6由二極管泵浦的Nd:YAG激光器產(chǎn)生的二倍頻激光（532nm）裝置（采用自調(diào)Q、腔內(nèi)倍頻技術(shù)，清華大學(xué)物理系研制）7設(shè)輸入兩束光，角頻率為?1、?2總場強

4、E=E10cos?1t+E20cos?2t?（2）E2=?（2）（E10cos?1t+E20cos?2t）2二.混頻效應(yīng)=?（2）E102/2（1+cos2?1t）++?（2）E202/2（1+cos2?2t）++?（2）E10E20?cos(?1+?2)t+cos(?1-?2)t?和頻項差頻項則二次項：倍頻項8?2?1激光器1激光器2晶體（KH2PO4）?2?1?1+?2?1??22?22?1?1?2波區(qū)的強光輻射。?1-?2?1?22?12?2?1+?2和頻與差頻能獲得更多頻率的相干強光輻射。例如，利用和頻可產(chǎn)生可見光至紫外的強光輻射，而用差頻則可產(chǎn)生波

5、長較長的紅外至亞毫米段微9收系數(shù)為0，從而使本來不透明的物質(zhì)變得透明三.光致透明和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)激光很強時，物質(zhì)的吸收系數(shù)會與光強有關(guān)。強光可使物質(zhì)分子的一半處于激發(fā)態(tài)，物質(zhì)的吸收系數(shù)正比于上、下能級粒子數(shù)差?！庵峦该?。在電磁學(xué)中，磁滯回線（即B～H曲線）有此時吸非線性光學(xué)中也有類似于磁滯回線的現(xiàn)象：非線性性質(zhì)，利用它可以制作記憶元件。10I0—為入射光強I—為透射光強0透明不透明透射光的光強有兩種穩(wěn)定狀態(tài)入射光強與透射光強間具有滯后回線的特性。在I0?和I0??區(qū)間內(nèi)，每一入射光的光強所對應(yīng)的——光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)。光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件有可能用在：邏輯元件等方面。高速光

6、通訊、光學(xué)圖象處理、光學(xué)限幅器、光存儲以及光學(xué)非線性電光晶體I0I法布里—珀羅腔11半導(dǎo)體制成的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)器件有如下特點：?尺寸小：直徑幾mm厚度101～102?m?功耗低：10?W/?m2～1?W/?m2?開關(guān)時間短：～10-12s它有可能成為未來的光學(xué)計算機的邏輯元件。當前光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)已成為非?；钴S的研究課題。多光子吸收等，此處再不介紹了。除以上舉例介紹的幾種非線性光學(xué)效應(yīng)外，常見的非線性光學(xué)效應(yīng)還有受激拉曼散射、焦與自散焦、自聚“非線性光學(xué)簡介”結(jié)束12