7-光折变效应课程.ppt

§3 光折变四波混频 设四个同频率的平面光波为 其中 产生了6个光折变光栅 波矢分别为kb-ka，kd-kc，kc-ka，kd-kb，kd-ka和kc-kb 透射栅：kb-ka=kd-kc，第1、2个栅有相同的波矢； 反射栅：kc-ka=kd-kb，第3、4个栅有相同的波矢； 2k栅：kd-ka=2kd，kc-kb=2kc ，第5、6个栅 一、透射栅近似 光波a和b的干涉场与光波c和d的干涉场叠加后，总光强分布为 其中 产生的空间电荷场 且幅值 介电常数张量?的改变量 非线性极化强度为 其中 光折变四波混频的振幅耦合波方程为 其中 耦合常数 这里 是一实常数。 令光束b和c为泵浦光，其光强比光束a和d强很多，即 且采用泵浦光无消耗近似，即 耦合波方程化简为 设除两束泵浦光外，只有光束a从z=0处入射 ，且设作用区长度为L 起始条件为 方程组的解为 可见，由于两束泵浦光与光束a的相互作用，产生了传播方向与光束a相反的光束d，即所产生的光束d是光束a的相位共轭反射光，有 定义共轭反射系数为 共轭反射率为 当?=?/2时，?=?是实数，则有 当?≠?/2时，选定q=exp(?L/2)，则得最大共轭反射率为 在?≠?/2且q=exp(?L/2)时，若cosh(?L/2)=0，则有Rm→∞，此时将产生四波混频输出信号的自振荡，也即在只有一对泵浦光作用下，光束a和d同时被激励产生。 第七章 光折变效应 §1 光折变效应及其物理图像 一、基本概念 光折变效应：即光致折射率变化效应，指介质在光场的作用下，通过电光效应使其折射率呈现空间不均匀变化的现象。 物理过程的五个环节： （1） 载流子（电子或空穴）被光激发而离化； （2） 载流子输运（扩散或漂移）； （3） 载流子被重新俘获并形成空间电荷分布； （4） 形成电场（电荷场）； （5） 通过线性电光效应，使介质产生具有一定空间分布的折射率改变，形成折射率栅。 二、光折变效应产生过程的物理图像 设有同频率的两个平面光波 叠加作用于介质，两光波干涉，将形成具有光强分布为 或 式中 其中 为干涉条纹的调制度。假定两光波的振幅相等，则 若令K的方向为z方向，介质光场光强周期性空间分布 介质中的载流子在光场作用下，将被光激发而离化，离化后的载流子经扩散和漂移，将形成空间电荷密度的周期性空间分布 又将形成空间电荷场的周期性空间分布 空间分布Esc(z)与空间分布I(z)已形成一定的相位差。 在空间电荷场作用下，因为 ，将形成折射率变化的周期性空间分布?n(z)（折射率栅）。 图c中光的干涉条纹和折射率栅有1/4间隔的移位（相当于900的相位差）。 三、光折变的能带输运模型 该模型由价带、导带、施主能级、受主能级组成，载流子可以是电子或空穴，施主能级靠近导带，受主能级靠近价带。只有施主参与光折变过程，受主的出现只为在无光照时使介质保持电中性。 不动的电离施主随时间的变化率为 导带中运动的电子满足连续性方程 电流密度 泊松方程 对于一般的光折变晶体，折射率方程可近似表示为 四、空间电荷场分布 1. 稳态空间电荷场和相位光栅 （1）调制光照和相位光栅的写入 在晶体内形成的光强分布为 稳态情况下 式中 则 若令 若取?为标量，导带中的电子数密度很小，ND、NA可看作常数，电荷场的空间变化是一维的，则有 上式在稳态情况下，并不考虑光伏效应有 晶体中空间电荷场为 空间电荷场 式中，外电场 ，扩散场 仅考虑小调制度的情况下，有 小调制度条件下的空间电荷场为 空间电荷场相对于干涉条纹的空间相移为 小调制度余弦光强分布写入光折变晶体中的稳态相位光栅为 （2）均匀光照和相位光栅的擦除 光照条件 ， 近似条件为 ， 则有 式中 J为常数 联立以上各式，则得 表明：在均匀光照条件下，光激发电子随时间指数增加，直至达到 为止。 得晶体内空间电荷分布随时间的变化关系为 利用 J = ?0E ，且NA为常数，则 表明：存在于介质内的空间电荷分布在均匀光照条件下将随时间衰减而消失，从而记录在晶体内的空间电荷场、相位栅也将消失。 介质驰豫时间或麦克斯韦驰豫时间为 在均匀光照下 可见：如在光照晶体中已记录了空间电荷场Esc(0