大学物理-多媒体课件 -4 非线性光学简介.ppt

* 弱光在介质中符合叠加原理 — 线性光学 强光在介质中不符合叠加原理 — 非线性光学 —— P与 E 成线性关系 式中 对各向同性介质 极化强度 —— 介质的电极化率 ★ 当电场强度 E 不太大时（弱光） *非线性光学简介 ★ 当电场强度 E 很大时（强光） —— E 和 P 呈非线性关系 —— 线性极化率 —— 二次（阶）非线性极化率 —— 三次（阶）非线性极化率 可以证明，各次极化率间有如下关系： 各向异性介质中，极化率是张量，P 和 E 的关系 较复杂，这里不再做介绍。 E原子 ? 1010 V/m ? 对普通光 E ～ 10 4 V/m， ?高阶项不重要，只留第一项，是线性效应。 ? 对激光 E 可很容易达到并超过10 8 V/m 出了各种非线性效应。 此时第二项 就不能忽略了， 此时 展迅速，并很快形成为一个专门的新兴的学科。 1961年弗兰肯（P.A.Farnken）等首先观察到 光学倍频这一非线性现象。 此后，非线性光学发 介质就表现 下面举例介绍几种常见的非线性光学现象： 一. 倍频效应 由极化强度 P 中的第二项?0?（2）E 2引起的 若 E =E0 cos? t， 第二项 ?0?（2）E 2 = ?0?（2）E02 cos2? t = ?0?（2）E02/ 2（1+cos2? t） 第一项 ?0 ?（1）E = ?0?（1）E0 cos? t 直流成分 二倍频 原有频率 二阶非线性效应： 则 ▲ 光整流效应： ▲ 二倍频现象： 用途广 ◆ 使不可见光→可见光（改变光颜色）； ◆ 可提高产生所需频率激光的效率。 钕 易获高功率 应用： 例如： P 中的直流成分表明，光照晶体 可在晶体的某两个表面间产生直流电压。 不可见 可见 Nd3+ 激光器→1.064?m → 0.532?m 绿光 频 倍 脉冲 红宝石激光器 水晶片 3471.5 ? 6943 ? 棱镜 演示 激光倍频（KG045） 由二极管泵浦的Nd:YAG激光器产生的二倍频激光（532nm）装置 （采用自调Q、腔内倍频技术，清华大学物理系研制） 设输入两束光 ，角频率为? 1 、? 2 总场强 E = E10 cos? 1 t + E20 cos? 2 t ?（2）E2 = ?（2）（E10 cos?1t + E20 cos?2t）2 二. 混频效应 = ?（2）E102 /2（1+cos2?1t）+ +?（2）E202 /2（1+cos2?2t）+ +?（2）E10 E20 ? cos(?1+?2)t + cos(?1-?2)t ? 和频项 差频项 则二次项： 倍频项 ? 2 ? 1 激光器1 激光器2 晶体 （KH2PO4） ? 2 ? 1 ? 1+ ? 2 ? 1? ? 2 2 ? 2 2 ? 1 ? 1 ? 2 波区的强光辐射。 ? 1-? 2 ? 1 ?2 2? 1 2? 2 ? 1+ ? 2 和频与差频能获得更多频率的相干强光辐射。 例如，利用和频可产生可见光至紫外的强光辐射， 而用差频则可产生波长较长的红外至亚毫米段微