固体光学-晶体光学4 .ppt

晶体光学（四） 第一部分：单轴晶体的相位匹配 1、单轴晶体角度相位匹配的方式 2、有效倍频系数； 3、影响相位匹配的因素和最优匹配； 晶体光学 第八讲：光学混频和参量振荡 1、复习：相位匹配； 2、三波混频效应； 3、光学参量放大和振荡； 4、光学参量振荡器实验系统； 5、非线性光学材料简介 二、三波混频效应 晶体光学(四) 第二部分：光学混频和参量振荡 1、三波混频效应； 2、光学参量放大和振荡； 3、光学参量振荡器实验系统； 4、非线性光学材料简介 一、有效倍频系数 (3)非线性光学研究的学术价值及其深远的理论意义。 通过强光与物质相互作用的研究，可以获得有关物质的组成、结构、状态、能量耦合及转移、各种内部变化动力学过程的重要信息。这些信息可在不同程度上分别反映出物质的光学、电学、磁学、声学、力学、热学、化学、生物学等方面特性。利用强激光的作用，可以研究相变、超导、元激发、液晶、表面物理、高温等离子体等方面的问题；还可以使物质按人们所希望的方式发生各种变化，如加热、致冷、压缩、冲击、熔化、汽化、膨胀、同性素分离、光聚合、可控化学反应等。 强光光学(即非线性光学)本身就是物理学基础理论的发展。到目前为止虽然强光光学的发展尚未导致与近代物理学两大支柱(相对论和量子力学)不相符合或抵触之处，但并不排除这门学科在今后进一步的发展中会对已有的理论基础产生新的冲击的可能性。例如，目前在处理光与物质作用的量子力学或量子电动力学理论中，仍然是基于入射光对原子的作用是弱微扰这样一种前提，而采用数学上的微扰近似加以处理。如果说这种近似处理对弱光作用是基本适合的话，那么它对强光和超强光作用是否仍然适用?这显然是一个问题。又例如，在强脉冲激光的自聚焦效应和自感透明效应中曾发现运动的焦点的超光速运动和增益介质中自透明脉冲的超光速运动。对这些新问题进行深入研究，有助于加深对狭义相对论已有结论的认识和理解。目前，关于利用激光检测横向多L勒效应，探测引力波、加速粒子，研究真空中光子散射、天体黑洞，验证广义相对论效应等可能的讨论性和探索性工作正在进行之中。 作业题： 1、说明非线性光学效应和传统光学效应的主要区别。 2、什么是二次极化波?什么是二次谐波?二次谐波是怎样产 生的? 3、什么叫位相匹配？从原理出发说明不满足位相匹配条件、非线性极化的光学效应就不可能在晶体中稳定地产生? 4、单轴晶的位相匹配方式有哪几种? 写出第1类匹配方式和倍频极化场的矢量式及匹配条件，并用折射率面画出第I类匹配正、负单轴晶的匹配方式。 5、一参量振荡器?1＝1um，?2＝1um，?3＝o．5Fm。如果其中有两个e光和一个o光，那么在信号、空闲和泵浦光中你将怎样选择? 试分析位相匹配条件。 单轴晶体的位相匹配方向虽然只由?m决定，与方位角?无关，但?仍可影响倍频光的极化强度。 称为有效倍频系数 假设基频光的波法线方向(k//PM)与光轴x3夹角为?，方位角为?，则基濒o光的电矢量Eo(?)在x1x2平面内，且垂直于x3和PM决定的平面方向振动；而基频e光的电矢量Ee(?)在x3和PM所在的平面内垂直于PM方向振动。由图知，基频光的光波电场分量为: 由于倍频光的波法线方向仍为PM方向，因此倍频o光平行基频o光，倍频e光平行基频e光)。各基频光电场分量将以不同的匹配方式耦合成倍频极化场。 1、对于负单轴晶的第I类位相匹配oo-e方式 2、对于正单轴晶的第I类位相匹配ee-o方式 * 角度位相匹配 角度位相匹配就是控制光波在晶体中其一特定方向(?，?)上传播，该方向应满足相位匹配条件。利用折射率面的色散可以很方便的找到这个特定方向。画出了负单轴晶体的基频光折射率面(实线)和相倍频光折射率面(虚线)。其中倍频的e光面与基频的o光面相交于M点。显然OM方向就是满足位相匹配方向. 一、单轴晶体相位匹配方式 PM方向与光轴夹角?m称为位相匹配角。对于单轴晶体以PM为母线绕z轴转360o可构成圆锥面，该圆锥面上任一条母线方向都满足位相匹配条件(如图所示)。 1、第I 类平行式： 指相互作用的两个基频光都是e光或都是o光，耦合成倍频O光或e光。根据单轴晶的正、负光性具体耦合情况有： (1)负单轴晶第I类位相匹配oo-e方式。 倍频极化场为 负单轴晶体折射率表面相位匹配oo-e no(?) ne(2?) 可解得位相匹配角?m为 (2) 正单轴晶第I类位相匹配ee-o方式。 其匹配条件 倍频极化场为 正单轴晶体折射率表面相位匹配ee-o ne(?) no(2?) 可解得位相匹配角?m为 2、第II类正交式： 指相互作用的两个基颁光分别是o光和e光耦合成倍颇o光(或e光)，具体耦合情况有： (1)负单轴晶第II类位相匹配