光波在非線性介質(zhì)中傳播

1、關(guān)于光波在非線性介質(zhì)中的傳播第一張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)光照射物質(zhì)時(shí)，光波電磁場(chǎng)將對(duì)物質(zhì)中的電子產(chǎn)生作用，在外電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)原子成為電偶極子。電偶極子將隨光波的電磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生振蕩。+ 原子的電極化：負(fù)電荷中心與正電荷中心產(chǎn)生偏離的狀態(tài)。第二張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 若物質(zhì)中的電子在外場(chǎng)作用下產(chǎn)生位移 r，則每個(gè)電子產(chǎn)生一個(gè)電偶極矩 p。 若光波隨時(shí)間作正弦變化，即它的電場(chǎng)強(qiáng)度沿兩個(gè)相反方向交替變化，電偶極子的負(fù)電荷中心將繞正電荷中心作周期性振蕩。表征電偶極子的物理量是電偶極矩。 若單位體積中有N 個(gè)電偶極子，N 個(gè)偶極矩的矢量和為極化強(qiáng)度P。第三張，P

2、PT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 線性光學(xué)：電偶極矩與外界電磁場(chǎng)成線性關(guān)系。 當(dāng)光與物質(zhì)相互作用時(shí)，光場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度使介質(zhì)原子因感應(yīng)而產(chǎn)生電偶極矩，電偶極矩疊加起來形成電極化強(qiáng)度。電極化強(qiáng)度產(chǎn)生極化場(chǎng)，極化場(chǎng)發(fā)出次級(jí)輻射。 若E 以作簡(jiǎn)諧變化，P 及其產(chǎn)生的次級(jí)電磁輻射也以同樣的作簡(jiǎn)諧變化，因兩頻率相同，次級(jí)輻射與入射光波疊加的結(jié)果使光波的單色性不變。第四張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)有幾種不同頻率的光波同時(shí)與該物質(zhì)相互作用時(shí)，各種頻率的光都線性獨(dú)立地反射、折射和散射，不會(huì)發(fā)生新的頻率。 在線性光學(xué)中，物質(zhì)對(duì)光場(chǎng)的響應(yīng)與光的場(chǎng)強(qiáng)成線性關(guān)系。光的獨(dú)立性原理和疊加原理都成立。 非線

3、性光學(xué)：外界作用的光場(chǎng)較強(qiáng)，電偶極子的振蕩不再具有位移與外電場(chǎng)成線性的關(guān)系，產(chǎn)生的電磁振蕩是非線性的。第五張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月強(qiáng)光和弱光的劃分: 比較 E與 E 的大小 E: 光場(chǎng)的強(qiáng)度 E: 組成物質(zhì)的分子或原子內(nèi)部的平均電場(chǎng)強(qiáng)度線性關(guān)系強(qiáng)激光，E與 E可比擬, 光場(chǎng)與物質(zhì)作用的非線性關(guān)系明顯. 如光學(xué)倍頻和混頻, 光學(xué)參量與振蕩, 自聚焦, 光學(xué)相位共軛, 光的受激散射, 光致透明, 多光子吸收.普通光源的光,第六張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月各向同性介質(zhì)非線性介質(zhì): 非線性極化系數(shù)比較大的介質(zhì)兩類非線性光學(xué)現(xiàn)象: (1) 強(qiáng)光與被動(dòng)介質(zhì)相互作用的非線性現(xiàn)象，

4、 如光學(xué)整流，光學(xué)倍頻與混頻，光自聚焦等等。(2) 強(qiáng)光與激活介質(zhì)相互作用的非線性光學(xué)現(xiàn)象， 如受激拉曼散射和受激布里淵散射等。- 三次非線性電極化率- 二次非線性電極化率- 線性電極化率第七張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 被動(dòng)介質(zhì) 強(qiáng)光與被動(dòng)介質(zhì)相互作用時(shí)，它的性質(zhì)如同化學(xué)反應(yīng)中的催化劑，它本身的固有頻率并不明顯起作用。如光整流、光學(xué)諧波、光混頻和光自聚焦等。 激活介質(zhì) 強(qiáng)光與激活介質(zhì)相互作用時(shí)，它能以自己的固有頻率去影響與它相互作用的光波，這類相互作用是一些受激散射過程如受激拉曼散射、受激布里淵散射等。第八張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 激光具有能顯示介質(zhì)非線性所需的高

5、強(qiáng)度輻射場(chǎng)。（1）激光倍頻技術(shù) 當(dāng)入射到介質(zhì)中的光波 E = E0 cost 很強(qiáng)時(shí)，強(qiáng)光將在晶體中感生電極化強(qiáng)度P第九張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 電極化強(qiáng)度中除有頻率為零的直流成分外，還有頻率為的基頻成分以及頻率為2的倍頻成分（二次諧波信號(hào)）。22非線性晶體濾光片光電倍增管激光匹配角：入射激光和非線性晶體光軸之間的夾角第十張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 基頻激光在非線性晶體中產(chǎn)生倍頻極化波，倍頻極化波在一定厚度的晶體中一邊前進(jìn)，一邊產(chǎn)生倍頻次波輻射。倍頻次波輻射與倍頻極化波相位相差/2，它們疊加的結(jié)果形成最后出射的倍頻光。 當(dāng)滿足相位匹配時(shí)，許多倍頻次波輻射就因干涉相長(zhǎng)而得到最強(qiáng)的倍頻光，反之，不滿足相位匹配時(shí)，倍頻次波輻射就因干涉相消而使倍頻光為零。相位匹配第十一張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 兩個(gè)頻率為的光子與某些物質(zhì)相互作用，可產(chǎn)生一個(gè)頻率為2的光子。二次諧波（2）光混頻現(xiàn)象 當(dāng)一束強(qiáng)光和一束弱光同時(shí)進(jìn)入非線性介質(zhì)時(shí)，可形成三波混頻效應(yīng)，產(chǎn)生和頻與差頻。 當(dāng)入射光波為兩種不同頻率的光 E = E01 cost + E02 cost 時(shí)，電極化強(qiáng)度P 的二次項(xiàng)為第十二張，PPT共十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 上式各項(xiàng)中，除了有零頻項(xiàng)（直流項(xiàng)）和倍頻項(xiàng)外，還有和頻項(xiàng)以及差頻項(xiàng)。這些極化波再輻射，產(chǎn)生相應(yīng)的零頻光、倍頻光和頻光、差頻光。 四波混