光電子學理論與技術9qym課件

1、例題1.如果一光線沿著與z軸成角的方向傳播(如下圖所示裝置)，證明雙折射對相位延遲的貢獻是2220012ennncl雙折射相應的折射率變化為 12220200eennnnn推倒光束的最大允許發(fā)散角的近似表達式，使其中不對調制器的工作造成干擾。雙折射雙折射例題2.將一振幅為頻率為的光束分成相同的兩束光，一束光不變，而對另一束光按下式進行相位調制：)(cosmmta再將兩束光相干合并。（整個過程可以通過在邁克耳孫莫雷干涉儀或馬赫曾德干涉儀中的一臂上加一個相位調制器來實現(xiàn)）。1.將合并場表示為下面的形式timetfEcos)(合2.證明：當時,1, 2/a1, 2/a)cos24(0)cos21 (

2、timmetEE合3.求出射光束的（近似）頻譜。4.求：光強調制系數(shù)的一般表達式。202EE合5.利用4.的結果，說明怎樣得到探測光電流與調制信號成比例的線性調制響應。2合測EItmcostmcosChapter 4 非線性光學技術4.1 概述一、非線性光學的基本概念激光出現(xiàn)以后，介質在強度高、單色性和相干性好的激光作用下產(chǎn)生的電極化強度(Polarisation)P與入射場強E的關系，不是簡單的線性關系，還含有非線性項，P (1)(2)(3)000:.LNLPPPEE EE E E是一階電極化率(Susceptibility),為二階張量；是二階電極化率,為三階張量；是三階電極化率,為四階張

3、量；描述介質非線性性質的光學叫非線性光學。)1()1(2)(3)二、非線性光學的發(fā)展概況二、非線性光學的發(fā)展概況1961年P.A. Franken 實驗 紅寶石激光器的二次諧波(倍頻效應); NBloembergen 理論非線性光學發(fā)展的三個階段：1.六十年代：高功率激光器與介電晶體、氣體和液體相互作用。參數(shù)波混頻，受激Raman 散射，自聚焦。2.七十年代：可調諧染料激光器，和、差頻，Coherent Anti-Stokes Raman Scattering(CARS).鎖模激光器產(chǎn)生的亞納秒脈沖促進了時間分辨非線性光譜學和相干瞬態(tài)光譜學的發(fā)展。中期和后期，光纖通信的發(fā)明引起人們對非線性光學

4、的更大興趣。3.八十年代和九十年代初:通過超快光電相互作用和激光束對信號的高平行控制性質實現(xiàn)了光信息的處理和存儲。探索新材料的性質，如MGW，光纖波導有機聚合物和光折變材料等。在對信號處理的研究發(fā)現(xiàn)了一些新的效應如光雙穩(wěn)，相共軛和光孤子等。非線性光學現(xiàn)象的主要種類：1)在線性介質中傳播的各光波間相互耦合而呈現(xiàn)的倍頻、和頻、差頻及混頻等現(xiàn)象；2)介質在光場作用下由于折射率的變化而引起光束的自聚焦、光束自陷及光雙穩(wěn)和感應光柵等現(xiàn)象；3)當共振介質在超短脈沖作用下，將產(chǎn)生的光學章動，自由感應衰減和光子回波等相干瞬態(tài)等現(xiàn)象。三、非線性電極化率00000(1)(2)1(3)0(4)HEtEPHttEPH

5、DEPBH 2200022)EPEtt （0LNLLNLPPPEP 0(1)L220022)NLPEEtt （1.非線性電極化率的描述222001( )Nemi 2()2202( )( )2( )( )()2i ti td r tdr teEr tArteedtdtm 312222222201101201212111()()2()2()2()Ne Amiii ，122322222200322222200()2(2) (44)1(2)(2) (44)nnnnnnnnnnnENe AmiiNe Amiin時P(21212123123( )( )( )()()()(,)()()()iijjijkjk

6、jjkijkljkljklPEEEEEE ，2.非線性電極化率的性質121212(,)()()()iijkjkjkPEE ，1(2 )(2 )2ijkijkd(2 )ijkd非線性系數(shù)23023( )(2 )(2 )2mAdN e 4.2 電磁波在非線性介質內的傳播電磁波在非線性介質內的傳播一、電磁波在非線性介質內的傳播方程電磁波在非線性介質內的傳播方程220022)NLPEEtt （二、非線性互作用的基本方程耦合波方程1( , )( ,)exp (). .2nnnnE r tE ri k rtcc1( , )( ,)exp (). .2nnnnP r tP ri k rtcc2200(, )() (, )(, )nnnnnNLnEzEzPz 20( )(, )exp()2nnnNLnnndEzie Pzik zdzk 耦合波方程*101233 2332232(, )2(;,)(, )(, )exp () NLPze eEz Ezi kkz *202133 1331131(, )2(;,)(, )(, )exp () NLPze eEz Ezi kk z 303121 2112212(, )2(;,)(, )(, )exp () NLPzeeEz Ezi kkz 2*113221exp()effdEiE Ei kzdzk c 2*22312