非线性光物理第二章解析.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 4. 简并因子 简并因子 D 5. 极化率的一般性质 SHG倍频（二次谐波） SFG和频 DFG差频 OPA参量振荡 4. 非线性极化率的物理过程 二阶非线性 THG三次谐波 NLR非线性折射 混频 FWM四波混频 三阶非线性 二次谐波产生（Second-Harmonic Generate） 一个入射光场 和频（Sum Frequency Generation） 两个入射光场： 差频（Difference Frequency Generation） 两个入射光场： 光参量振荡（Optical Parametric Oscillation） 一个入射光场 三次谐波（Third-harmonic Generate） 一个入射光场 The total polarization can be written as One can define an effective susceptibility The refractive index can be defined as usual 非线性折射（Nonlinear Refraction） By definition where Mechanism n2 (cm2/W) (esu) Response time (sec) Electronic Polarization 10-16 10-14 10-15 Molecular Orientation 10-14 10-12 10-12 Electrostriction 10-14 10-12 10-9 Saturated Atomic Absorption 10-10 10-8 10-8 Thermal effects 10-6 10-4 10-3 Photorefractive Effect large large Intensity dependent Typical values of nonlinear refractive index Material ? 1111 Response time Air 1.2×10-17 CO2 1.9×10-12 2 Ps GaAs (bulk room temperature) 6.5×10-4 20 ns CdSxSe1-x doped glass 10-8 30 ps GaAs/GaAlAs (MQW) 0.04 20 ns Optical glass (1-100)×10-14 Very fast Third order nonlinear susceptibility of some material Self focusing and self defocusing The laser beam has Gaussian intensity profile. It can induce a Gaussian refractive index profile inside the NLO sample. 三阶非线性的一般过程 三个入射光场 ω1 ω2 ω3 χ3 三阶非线性的一般过程 A1 A2 A3 A4 All of the three incoming beams A1, A2 and A3 should be originated from a coherent source. The fourth beam A4, will have the same Phase, Polarization, and Path as A3. It is possible that the intensity of A4 be more than that of A3 四波混频 （Four Wave Mixing) Holographic interpretation of DFWM A1 A2 A3 A4 Bragg diffraction from induced dynamic gratings 5. 参量过程和非参量过程 6. 光束传播方程 6. 光束传播方程 7. 高斯光束 研究这种有限宽度的波束在自由空间中传播的特点对于激光技术和定向电磁波传播问题都具有重要意义。本节我们从电磁场基本方程研究波束传播的特性。 平面电磁波是具有确定传播方向，但却广延于全空间中的波动。 实际上应用的定向电磁波除了要求它具有大致确定的传播方向外，一般还要求它在空间中形成比较狭窄的射束，即场强在空间中的分布具有有限的宽度。特别是在近年发展激光技术中，从激光器发射出来的光束一般是很狭窄的光束。 高斯光束 fz参数 WR参数