非線性基礎(chǔ)知識(shí)極化率的測定

1、非線性基礎(chǔ)知識(shí)二階非線性極化率的測定二次諧波產(chǎn)生的非線性系數(shù)djk的測量：位相匹配二次諧波產(chǎn)生的測量 (I)絕對測量1、依據(jù)聚焦高斯光束產(chǎn)生二次諧波的公式：則 djk (2國)=丄jk (_2s;<o,m) 2d(2)jk稱之謂非線性系數(shù)，依據(jù)克萊因曼對稱條件d(2)jk的腳標(biāo)可以任意置換，并與頻率無關(guān)。因此上式可簡化為：djk二丄(2)jk2該種絕對測量方法要求精確地了解光束的模式，空間結(jié)構(gòu)，聚焦?fàn)顩r等，并要求了解實(shí)驗(yàn)條件，是否實(shí)現(xiàn)相位匹配，光束在系統(tǒng)中的損耗2、參量熒光法 參量熒光是一種量子過程，入射泵浦光自動(dòng)分成信號光和休閑光,需滿足動(dòng)量和能量守恒定律，即:信號功率PS和泵浦功率P

2、P之間關(guān)系:式中，K =2二 oC4npn式中：I表示泵浦光束通過介質(zhì)的長度，Q：信號探測系統(tǒng)收集信號 的立體角該式表示，只要求出信號功率和泵浦功率之間比值關(guān)系，從而避免 了絕對功率的測量，此外，信號功率既不依賴于泵浦光束面積，也不依 賴于激光束多模結(jié)構(gòu)而限制，d的測量精度是接收立體角以及分母中信 號波和休閑波的色散常數(shù)。以參量熒光法進(jìn)行絕對測量的測量精度為士 10%3、喇曼散射法測量，精度較差，但它能給出非線性系數(shù)的絕對符號。H、相對測量：即將待測材料與已知非線性材料“標(biāo)準(zhǔn)”相比較在可見至近紫外波段，通常選擇KDRADP乍為測量標(biāo)準(zhǔn)。而GAs, 淡紅銀礦（AgAsS）可作為紅外波段的標(biāo)準(zhǔn)。I

3、、MaKer條紋法其實(shí)質(zhì)是由于波矢失配和二次諧波折射角之間關(guān)系所造成的諧波 強(qiáng)度的周期性變化。此法采用樣品是平板，其測量準(zhǔn)確度士 5%2、粉末技術(shù)求出粉末樣品的二次諧波信號與粒子尺寸的關(guān)系并與石英粉末相比較。三階非線性測量三次諧波測量系統(tǒng)介質(zhì)在外場強(qiáng)的作用下會(huì)產(chǎn)生非線性極化，其極化強(qiáng)度決定于介質(zhì) 非線性極化率的大小，即：除線性項(xiàng) 外 ，分別為二階、三階非線性極化率，在非線性介質(zhì)中，極化場與入射光的二次、三次方成比例的那部分對應(yīng)著2®、3®以及直流(DC成份，也即將出現(xiàn)二次、三次諧效應(yīng)以及直流電場的 光整流效應(yīng)。設(shè)光束沿z軸方向傳播，經(jīng)聚束后的入射波可以高斯光束表示，其 三次

4、諧波的極化強(qiáng)度為：式中：.=2(日bb為共焦參數(shù)若經(jīng)付里葉逆變換處理可以將 P( 3)(r)分解為若干不同波矢平面波的 疊加再通過付里葉變換即可得三次諧波總場。K工；？即為有效折射率c汐是相位失配矢量，得式中，I ( k, -, ) = eib kc_)/2(1 i ')d '上由入射場的總功率：P =丄“02|2可得非線性介質(zhì)出射面處的諧波總功率E3()即為光束軸上的三次諧波場高斯光束下的功率轉(zhuǎn)換效率n為：通過轉(zhuǎn)換效率的測試，我們可以通過計(jì)算推算出介質(zhì)的非線性極化率實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，激光光束被透鏡聚束到樣品上，三次諧波信號采用光譜儀或光學(xué)多道分析儀(OM>A )進(jìn)行采

5、集，在狹縫前放置1.06m濾光片，以去除樣品后的基頻成份。簡并四波混頻測量法四波混頻法的光線配置為二個(gè)傳播方向相反強(qiáng)泵浦光束，第三束為探測光束，并與其中某一泵浦光束形成一個(gè)小角度，這三個(gè)光束在非線 性介質(zhì)中相互作用引起非線性極化，從而產(chǎn)生第四束相位共軛反射 波（又叫信號光束）。信號光束的傳播方向與探測光束方向相反。若泵浦光強(qiáng)I 1和I 2與非線性介質(zhì)作用中，除被介質(zhì)吸收以外，未 被抽空，也即損耗可以忽略不計(jì)，11=1 2,同時(shí)探測光強(qiáng)I : I，則可以導(dǎo)出非線性介質(zhì)的三階極化率表達(dá)式 式中，入為激光波長，n介質(zhì)線性折射率，C：真空中光速:為材料吸收系數(shù)，丨表示介質(zhì)長度，】為耦合波方程的耦合常數(shù)

6、，它可 以由簡并四波混頻反射率R二土來求得，耦合常數(shù)】和反射率R的關(guān)系式I 3為：式中 H =（4|lf -，）1/2對于各向同性介質(zhì)，非線性折射率 n2與 的關(guān)系為： 由于在探測光束中使用光學(xué)延線，該法不僅能給出n2和 ，同時(shí)還能給 出介質(zhì)的快速時(shí)間響應(yīng)特性，其時(shí)間分并率為 Ps量級。單束掃描（Z Sean）測量法M.Sheik-bahae等人提出了基于光束橫向效應(yīng)的縱向掃描測量N的方法。一被聚束的激光作用于介質(zhì)，被作用的介質(zhì)在被聚束的焦點(diǎn)附近沿軸方向由焦前向焦后移動(dòng)，這樣可以人為地造成光功率密度的變化，與 此相應(yīng)的作用過程為，線性作用區(qū)至非線性作用區(qū)再至線性作用區(qū)的過 渡。在遠(yuǎn)場，利用一個(gè)

7、小孔檢測高斯光經(jīng)過樣品以后遠(yuǎn)處衍射中心的光 強(qiáng)，可以得到小孔處光強(qiáng)透過率隨樣品位置變化的關(guān)系曲線，并通過計(jì) 算測定介質(zhì)的N2值和符號，該法的測量靈敏度為的波前畸變，該法250不僅直觀，而且測量相對比較簡單，它適用于透明和部分透明的介質(zhì)。泵浦脈沖法測該法又稱為雙光束耦合法，其原理類似于Z Scan技術(shù)。由泵浦和 探測兩光束之間存在某一個(gè)時(shí)間的延遲，被測弱光在非線介質(zhì)樣品內(nèi)和 另一束較強(qiáng)的泵浦光相互作用后，由單色儀測量偏離中心頻率-'0的頻率成份 - '0。因受泵浦光的影響，探測光在樣品出射面處，將會(huì)感應(yīng)到非線性相Q -TF位住"（）（4：n2/cn）I pLk當(dāng)-較?。?.1）并忽略雙光子吸收時(shí)，探測光的非線性透過率為： 上式中非線性透過率 T/T ,以沒有泵浦光時(shí)的線性透過率 T進(jìn)行歸 一化。若入