2、M,...2§8.1概論電偶極矩輻射特點(diǎn)：θ=0，=0;θ=π/2，=ImaxElectricdipole3Brewsterlow4§8.1概論波耦合作用在介質(zhì)中，總的極化強(qiáng)度為P=PL+PNL，可分為線性極化PL和非線性極化PNL。PNL是兩個(gè)以上光電場(chǎng)E相乘的結(jié)果，導(dǎo)致了不同光電場(chǎng)之間出現(xiàn)相互影響，相互作用，相互之間有能量轉(zhuǎn)移，即光波之間有耦合作用。由Maxwell方程組可以推導(dǎo)出相應(yīng)的波耦合方程組，對(duì)于二階非線性效應(yīng)，頻率關(guān)系為的光電場(chǎng)有：一個(gè)光電場(chǎng)的變化與其它兩個(gè)光電場(chǎng)乘積有關(guān)，非獨(dú)立傳播。當(dāng)deff=0
3、時(shí)，E1,2,3=const，獨(dú)立傳播，無(wú)吸收。5§8.2倍頻技術(shù)倍頻的產(chǎn)生,（光泵浦激光器的“短波瓶頸”,Einstein系數(shù)關(guān)系）E(ω)~E(2ω)6§8.2倍頻技術(shù)激光倍頻技術(shù)也稱為二次諧波（SHG）技術(shù)，是最先在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的非線性光學(xué)效應(yīng)。1961年由Franken等人進(jìn)行的紅寶石激光倍頻的實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志著對(duì)非線性光學(xué)進(jìn)行廣泛實(shí)驗(yàn)和理論研究的開(kāi)端。激光倍頻是將激光向短波長(zhǎng)方向變換的主要方法，已達(dá)到實(shí)用化的程度，并且有商品化的器件和裝置，目前獲得非常廣泛的應(yīng)用。7§8.2倍頻技術(shù)相位匹配條件及其意義相位匹配條件的物理意義
4、8§8.3角度匹配方法折射率曲面從原點(diǎn)O引矢徑方向與K平行，取矢徑長(zhǎng)度r=n，n為與K對(duì)應(yīng)的光波的折射率值，所有r端點(diǎn)連成折射率曲面。由于對(duì)應(yīng)一個(gè)K有兩個(gè)折射率，因此沿同一矢徑對(duì)應(yīng)兩個(gè)矢徑長(zhǎng)度，因此折射率曲面是雙層面，與折射率橢球不同。對(duì)于負(fù)單軸晶體有：9§8.3角度匹配方法角度相位匹配相位匹配要求nω=n2ω，由于色散的存在，nω一般不等于n2ω。對(duì)于各向異性晶體，由于存在雙折射，不同偏振態(tài)的光電場(chǎng)對(duì)應(yīng)的折射率也不相同。在某個(gè)方向上，可以使色散與雙折射互相抵消，實(shí)現(xiàn)nω=n2ω。10§8.3角度匹配方法負(fù)單軸晶體的角度匹配
5、11§8.3角度匹配方法正單軸晶體的角度匹配12§8.3角度匹配方法角度匹配規(guī)律在正常色散條件下，倍頻光總是取低折射率所對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)：基頻光不取或不單獨(dú)取低折射率所對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)，總有取高折射率所對(duì)應(yīng)的偏振態(tài)，這樣就補(bǔ)償了正常色散造成的13§8.3角度匹配方法雙軸晶體的角度匹配一般來(lái)講，晶體的對(duì)稱性越低，非線性率越大，倍頻效率較高的KTP就屬于雙軸晶體。雙軸晶體的折射率曲面是雙層雙葉曲面，不再以Z軸為光軸，Z軸是兩個(gè)光軸的角平分線，折射率也不僅是的函數(shù)，也是的函數(shù)在雙軸晶體中非光軸方向，中存在著兩個(gè)相互正交的光電場(chǎng)、,分別對(duì)應(yīng)
6、著雙層雙葉曲面的兩個(gè)曲面和，同樣可以利用角度匹配的方法，也分為I類（平行式）和II類（正交式）匹配，即：主軸折射率和色散公式確定以后，可采用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算求解。14§8.3角度匹配方法光孔效應(yīng)和非臨界相位匹配光孔效應(yīng)非臨界相位匹配NCPM15§8.3角度匹配方法相位匹配的物理分析基頻光大量轉(zhuǎn)換成倍頻光，非耗盡近似失效，波耦合方程可化為16§8.3角度匹配方法保證在相位匹配條件下基頻光能量不斷向倍頻轉(zhuǎn)移。積分后,得到在相位匹配條件下的嚴(yán)格解17§8.3角度匹配方法基頻光與倍頻光在晶體中的“消長(zhǎng)”過(guò)程和光波能量轉(zhuǎn)移18§8.4倍
7、頻方式倍頻效率腔外倍頻腔內(nèi)倍頻19§8.4倍頻方式對(duì)倍頻晶體的要求deff≠0，，deff系數(shù)大。對(duì)基頻光和倍頻光透明，吸收小。色散小，雙折射大，最好能NCPM?？构鈸p傷閾值高。208.5準(zhǔn)相位匹配方法（QPM）(1)相干長(zhǎng)度首先分析在不滿足的條件下，倍頻光強(qiáng)在晶體內(nèi)的空間變化。如圖所示。Δk≠0條件下倍頻光強(qiáng)的空間變化表明倍頻光強(qiáng)在z方向呈現(xiàn)周期性變化，當(dāng)，I2w呈上升趨勢(shì)，表明能量交換過(guò)程以基頻光向倍頻光轉(zhuǎn)移為主。在處達(dá)到極大值，由此定義倍頻的相干長(zhǎng)度為218.5準(zhǔn)相位匹配方法（QPM）當(dāng)有，在整個(gè)晶體長(zhǎng)度內(nèi)，基頻光總是
8、向倍頻光轉(zhuǎn)移能量，但當(dāng)時(shí)，在的空間范圍，倍頻光波呈下降趨勢(shì)，表明能量交換過(guò)程以倍頻光波向基頻光波“回吐”為主。因此晶體長(zhǎng)度的增加并不導(dǎo)致倍頻光增強(qiáng)。而如何在有限相干長(zhǎng)度的條件下，使倍頻光在介質(zhì)中單調(diào)增長(zhǎng)，導(dǎo)致準(zhǔn)相位匹配方法（QPM）產(chǎn)生。(2)空間調(diào)制倍頻光強(qiáng)上升與下降的兩個(gè)過(guò)程分別對(duì)應(yīng)于
