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文檔簡介

1、陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室三階非線性光學(xué)極化率三階非線性光學(xué)極化率引起的雙折射現(xiàn)象引起的雙折射現(xiàn)象光克爾效應(yīng):光克爾效應(yīng):強光電場強光電場在介質(zhì)中誘導(dǎo)的雙折射效應(yīng)。在介質(zhì)中誘導(dǎo)的雙折射效應(yīng)。基于光克爾效應(yīng)可以實現(xiàn)一種基于光克爾效應(yīng)可以實現(xiàn)一種“光控光光控光”的全關(guān)開關(guān),即的全關(guān)開關(guān),即光克爾門光克爾門。有泵浦光:克爾門有泵浦光:克爾門“開啟開啟”無泵浦光:克爾門無泵浦光:克爾門“關(guān)閉關(guān)閉”光克爾開光物理模型示意圖陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室極化強度(1)(2)(3)23(1)(2)

2、(3)000(1)(2)(3)000( ).( )( )( )( ).( )( )( )( )( )( )( ).LNLiijjijkjkijkljklP tPPPPPP tE tEtEtP tE tE t E tE t E t E t 是三階極化率,為四階張量,有四個下標,有34=81個分量,對應(yīng)的是三次諧波、四波混頻、Kerr效應(yīng)等。(3)陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室三階非線性極化強度的傅里葉分量表示(3)31230123123()(,) () () ()PEEE 矩陣表示形式123123(3)(3)(3)(3)(3)(3)0(3)(3)(3)123123()(

3、)()()()()( ).( ).( ).()()()()()()xxxxxyxxxxxxzzzyyxxxyzzzzzxxxzzzzzzyzzzEEEEEEPPPEEEEEE陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室各向同性介質(zhì)的三階極化率三階極化率有34=81個分量,其中有3*6+3=21個非零分量,有4組等式,1組關(guān)系式,有3個獨立分量。xxxx=yyyy=zzzz=xxyy+xyxy+xyyxxxyy=yyxx=xxzz=zzxx=yyzz=zzyy;xyxy=yxyx=xzxz=zxzx=yzyz=zyzy;xyyx=yxxy=xzzx=zxxz=yzzy=zyyz;陜西

4、省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室二重演化軸(又稱反演對稱、中心對稱)二重演化軸(又稱反演對稱、中心對稱)以以z軸為旋轉(zhuǎn)軸:軸為旋轉(zhuǎn)軸:x -x, y -y, z zxxyy (-x)(-x)(-y)(-y)=xxyyxxyz (-x)(-x)(-y)(z)=-xxyz以以y軸為旋轉(zhuǎn)軸:軸為旋轉(zhuǎn)軸:x -x, y y, z -zxxyy (-x)(-x)(y)(y)=xxyyxxyz (-x)(-x)(y)(-z)=-xxyz以以x軸為旋轉(zhuǎn)軸:軸為旋轉(zhuǎn)軸:x x, y -y, z- zxxyy (x)(x)(-y)(-y)=xxyyxxyz (x)(x)(-y)(-z)=xx

5、yzxyz 二重演化軸(又稱反演對稱、中心對稱)規(guī)律二重演化軸(又稱反演對稱、中心對稱)規(guī)律 極化率分量下標中出現(xiàn)奇數(shù)次的極化率分量下標中出現(xiàn)奇數(shù)次的x、y、z的分量為的分量為0,如,如xxyz,或者說,極化率分量下標中的,或者說,極化率分量下標中的x、y、z要要自配對極化率分量才不為自配對極化率分量才不為0,下標不能自配對的極化,下標不能自配對的極化率分量為率分量為0。 因為極化率下標的個數(shù)為極化率的階數(shù)加因為極化率下標的個數(shù)為極化率的階數(shù)加1,所以,所以偶數(shù)階極化率的下標個數(shù)為奇數(shù),奇數(shù)個下標肯定有偶數(shù)階極化率的下標個數(shù)為奇數(shù),奇數(shù)個下標肯定有一個下標不能自配對,故具有二重演化軸介質(zhì)的偶數(shù)

6、一個下標不能自配對,故具有二重演化軸介質(zhì)的偶數(shù)階極化率分量全為零。階極化率分量全為零。 根據(jù)二重演化軸規(guī)律,可以計算出具有二重演化根據(jù)二重演化軸規(guī)律,可以計算出具有二重演化軸的介質(zhì)的各階極化率分量不為軸的介質(zhì)的各階極化率分量不為0的個數(shù)。即:極化的個數(shù)。即:極化率分量下標中的率分量下標中的x、y、z要自配對極化率分量才不為要自配對極化率分量才不為0陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室 在全部的在全部的32種晶系中,有種晶系中,有11種具有中心對稱性種具有中心對稱性,有,有21種不具有中心對稱性。種不具有中心對稱性。 這

7、這11種具有中心對稱的晶系中,其偶數(shù)階的極種具有中心對稱的晶系中,其偶數(shù)階的極化率全部為零,只存在奇數(shù)階的極化率。這些介化率全部為零,只存在奇數(shù)階的極化率。這些介質(zhì)不存在偶數(shù)階的非線性光學(xué)效應(yīng),只存在奇數(shù)質(zhì)不存在偶數(shù)階的非線性光學(xué)效應(yīng),只存在奇數(shù)階的非線性光學(xué)效應(yīng),如不存在階的非線性光學(xué)效應(yīng),如不存在Pockels效應(yīng),但效應(yīng),但存在存在Kerr效應(yīng)。同時,也不具有壓電效應(yīng)。效應(yīng)。同時,也不具有壓電效應(yīng)。 各向同性的介質(zhì)(非晶體,如氣體、液體和玻各向同性的介質(zhì)(非晶體,如氣體、液體和玻璃)具有無窮多重演化軸,也肯定有二重演化軸璃)具有無窮多重演化軸,也肯定有二重演化軸,具有中心對稱性,也具有上

8、述的性質(zhì)。,具有中心對稱性,也具有上述的性質(zhì)。陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室四重演化軸四重演化軸以以z軸為旋轉(zhuǎn)軸:軸為旋轉(zhuǎn)軸:x y, y -x, z zxxxx yyyy=xxxx以以y軸為旋轉(zhuǎn)軸:軸為旋轉(zhuǎn)軸:x z, z -x, y y以以x軸為旋轉(zhuǎn)軸:軸為旋轉(zhuǎn)軸:x x, y -z, zyyyyy zzzz=yyyy所以,所以,xxxx=yyyy=zzzz.規(guī)律:把規(guī)律:把x、y,y、z,x、z互換后仍和原來的相等。互換后仍和原來的相等。xyz陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室根據(jù)上述規(guī)律,可得:根據(jù)上述規(guī)律,可得: xxxx=yyyy=z

9、zzz; xxyy=yyxx=xxzz=zzxx=yyzz=zzyy; xyxy=yxyx=xzxz=zxzx=yzyz=zyzy; xyyx=yxxy=xzzx=zxxz=yzzy=zyyz; 根據(jù)四重演化軸的規(guī)律,可以得出具有四重演化軸根據(jù)四重演化軸的規(guī)律,可以得出具有四重演化軸介質(zhì)極化率的不為零的分量下標互換后相等。即:把介質(zhì)極化率的不為零的分量下標互換后相等。即:把x、y,y、z,x、z互換后仍和原來的相等?;Q后仍和原來的相等。陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室六重演化軸得到的規(guī)律六重演化軸得到的規(guī)律xyyxxyxyxxyyxxxx 綜上所述,可得:綜上所述,可

10、得: xxxx=yyyy=zzzz; xxyy=yyxx=xxzz=zzxx=yyzz=zzyy; xyxy=yxyx=xzxz=zxzx=yzyz=zyzy; xyyx=yxxy=xzzx=zxxz=yzzy=zyyz; xxxx=xxyy+xyxy+xyyx.陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室光克爾效應(yīng)00()()PPPPCCCCEE Cost k zEE Cost k z實驗原理圖陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室000000P XPP YPP ZEE CosEE SinE000000C XCC YC ZEEEE(3)(3)(3)0123123

11、, ,(3)(3)(3)(3)123132213231(3)(3)312321( )=(,)()()();( , , , , )(,)(,)(,)(,)(,)(,);( )=iijkljklj k lijklijlkikjlikljiljkilkjiPEEEi j k lx y zP 由互換對稱性:(3)0123123, ,6(,)()()();ijkljklj k lEEE 陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室xxxx=yyyy=zzzz=xxyy+xyxy+xyyxxxyy=yyxx=xxzz=zzxx=yyzz=zzyy;xyxy=yxyx=xzxz=zxzx=yzy

12、z=zyzy;xyyx=yxxy=xzzx=zxxz=yzzy=zyyz;結(jié)合Epz=Ecy=Ecz=0,得:對Px(p)有貢獻的只有xxxx元素,對Py(p)有貢獻的只有yyxx元素(3)(3)(1)(1)(3)*0000(3)*0000(1)(1)0000(1)(3)20000()=6(;,);()=6(;,);()=();()=();()=(6);()=(xPxxxxPPCCPXCXCXyPyyxxPPCCPYCXCXxPxxPPXyPyyPPYxPxxxxxxCXPXyPPEEEPEEEPEPEPEEP (1)(3)2006);yyyyxxCXPYEE陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省

13、信息光子技術(shù)重點實驗室與沒有泵浦光相比:(3)2(3)2006;6;xxxxxCyyyxxCEE泵浦光使各向同性介質(zhì)變成雙折射介質(zhì)00000(1)rDEPEEEEE 1r r rn 2rn 2rdndn 2rn n 在各項同性介質(zhì)中/2rnn (3)2(3)2006322rxxxxxcxxxxcxEEnnnn 同理(3)2(3)2006322ryyyxxcyyxxcyEEnnnn xxnnn yynnn 陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室0000()()()()xPXP XPPPXyPYP YPPPYLnLEECostE Cos CostVcLnLEECostE Sin CostVc000(3)(3)20Sin-()Sin()()12()Sin();2223()()2PPXPYyxPPPPxyPPxyPxxxxyyxxPCPxyxyEEECosLnLnECos CostESin CostCosccL nnLESinSinnntccLELnncnc探測光在檢偏器方向上的振幅為:陜西省信息光子技術(shù)重點實驗室陜西省信息光子

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