非線性光學(xué)考試知識(shí)答案

..1說出電化率的4對(duì)易對(duì)稱性,并說明滿足的條件？本征對(duì)易對(duì)稱性〔不需要任何條件、完全對(duì)易對(duì)稱性〔介質(zhì)無耗、時(shí)間反演對(duì)稱性〔介質(zhì)無耗、空間對(duì)稱性χ〔1是對(duì)稱張量〔介質(zhì)無耗；2說出下式的物理意義：表示由頻率為ωm,場振動(dòng)方向?yàn)閤方向的場分量Ex<ωm>,頻率為ωn、場振動(dòng)方向?yàn)閥方向的場分量Ey<ωn>以及頻率為ωl,場振動(dòng)方向?yàn)閦方向的場分量Ez<ω1>三者間的非線性相互作用所引起的在x方向上的三階非線性電極化強(qiáng)度的一個(gè)分量。3對(duì)于二諧波和三次諧波相干長度的物理意義？參量過程中的位相匹配有和物理意義？舉例說明兩種實(shí)現(xiàn)位相匹配的方法？1Lc物理意義:三次諧波強(qiáng)度第一次達(dá)到其最大值的路程長度,典型值為1～100mm.如DK=0,Lc為無窮大。2>位相匹配的物理意義：在位相匹配條件下,二次諧波和三次諧波等非線性效應(yīng)產(chǎn)生過程效率會(huì)大到最高,相應(yīng)的位相不匹配條件下,產(chǎn)生效率會(huì)大大降低。3利用晶體的雙折射特性補(bǔ)償晶體的色散效應(yīng),實(shí)現(xiàn)相位匹配。在氣體工作物質(zhì)中,利用緩沖氣體提供必要的色散,實(shí)現(xiàn)相位匹配。4為什么量振蕩器能夠產(chǎn)生連續(xù)輸出頻率,而激光器只能輸出單個(gè)頻率？能量守恒ω3=ω1+ω2動(dòng)量守恒n3ω3=n1ω1+n2ω2改變溫度、角度<對(duì)非常光>、電場、壓力等可改變晶體的折射率,從而改變參量振蕩器的輸出頻率1,2。因此參量振蕩器可實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。而激光振蕩器是利用原子躍遷的機(jī)理工作的,不能連續(xù)調(diào)諧。這是參量振蕩器和激光振蕩器的區(qū)別5在拉曼射中為何觀察不到高階斯托克斯散射？在受激拉曼散射中高階斯托克斯散射光卻較強(qiáng)？高階斯托克斯光的散射角有什么變化規(guī)律？由wp,ws非線性作用產(chǎn)生。如一級(jí)反斯托克斯散射光w￠s=wp+wv=wp+wp-ws由wp,wp,ws通過三階非線性產(chǎn)生。代入上式,一級(jí)反斯托克斯散射光只有滿足相位匹配條件：時(shí)才能有效地產(chǎn)生。高階斯托克斯光散射角變化規(guī)律：斯托克斯散射光都是沿著與入射光方向成θ角的圓錐角射出,其波矢均滿足一定的矢量關(guān)系,所以斯托克斯光都將相對(duì)于kp以一定的角度發(fā)射。6解釋強(qiáng)沖通過介質(zhì)時(shí)的自變陡現(xiàn)象？光脈沖的自變陡現(xiàn)象：峰值處n上升,光速下降,而在后沿光強(qiáng)下降,n下降,光速逐漸變大,以至脈沖后面部分的光"趕上"前面部分的光,造成光脈沖后沿變陡。7你知道幾種散射效應(yīng),都有什么特點(diǎn)？拉曼散射、布里淵散射、受激拉曼散射、受激布里淵散射,瑞利散射五種散射效應(yīng)受激拉曼散射：強(qiáng)激光照射某些介質(zhì)時(shí),在一定的條件下,散射光具有受激的性質(zhì)。特點(diǎn)：相干輻射；強(qiáng)。<a>明顯的閾值性：即只有當(dāng)入射激光束的光強(qiáng)或功率密度超過一定激勵(lì)閾值后,才能產(chǎn)生受激喇曼散射效應(yīng)。<b>明顯的定向性：即當(dāng)入射激光超過一定的閥值后,散射光束的空間發(fā)散角明顯變小,可達(dá)到與入射激光相近的發(fā)散角。<c>高單色性：當(dāng)超過一定的激勵(lì)閾值后,散射光譜的寬度明顯變窄,可達(dá)到與入射激光單色性相當(dāng)或更窄的程度。<d>高強(qiáng)度性：受激喇曼散射光強(qiáng)或功率可以達(dá)到與入射激光束相比擬的程度<60~70%>.<e>隨時(shí)間的變化特性：與入射激光隨時(shí)問變化的特性相類似,受激散射光脈沖時(shí)間可遠(yuǎn)短于入射激光脈沖的持續(xù)時(shí)間。受激布里淵散射①方向：聲波和散射光波沿著特定方向----聲波與強(qiáng)光波場w的方向相同,散射光w1與強(qiáng)光波場wp的方向相反<此時(shí),增益最大>。②SBS有閾值性<與受激拉曼散射相同>。③受激布里淵散射也是非參量過程。SBS同樣可通過耦合波理論獲得,仿照<6.7-1>SRS的寫法,有：瑞利散射瑞利散射是指散射粒子線度比波長小得多的粒子對(duì)光波的散射,其特點(diǎn)：1、散射光強(qiáng)與入射波長的四次方成反比；2、散射光強(qiáng)隨觀察方向而變,在不同的觀察方向上,散射光強(qiáng)不同；3、散射光具有偏振性,其偏振程度決定于散射光與偶極矩方向的夾角。瑞利散射規(guī)律適用于微粒線度在十分之一波長以下的極小微粒。8相位共波的定義？三波混頻前向四波混頻和后向四波混頻哪一個(gè)更重要？為什么？四波混頻有哪些重要的應(yīng)用？設(shè)光波場的復(fù)振幅Es<r>為相位共軛波復(fù)振幅Ep<r>為結(jié)論：相位共軛波并不是該光波場總表示式的復(fù)振幅,而只是其復(fù)振幅的復(fù)共軛,完全不涉及光場表示式中的時(shí)間因子。注:<1>即使,仍表明EP<r,t>,ES<r,t>是共軛關(guān)系。<2>j<r>由介質(zhì)的不均勻性決定,即與折射率的變化Dn有關(guān)；A<r>主要與光吸收和光散射有關(guān)。背向四波混頻更重要；將DFWM相位共軛與TWM相位共軛比較:在DFWM中,若泵浦光E1,E2彼此反向傳播,散射光E4就必然地沿入射信號(hào)光E3的反向傳播,也就是說對(duì)于任意方向的入射光,DFWM過程皆可自動(dòng)地滿足相位匹配條件,所產(chǎn)生的散射光總是入射信號(hào)光的背向相位共軛光。而TWM相位共軛中,對(duì)相位匹配條件有苛刻的要求。而前向四波混頻只適用于薄樣品,并且只有波矢滿足K4=2K1,2-K3的散射光才能產(chǎn)生〔即需滿足相位匹配。故背向四波混頻更重要。應(yīng)用：相位共軛諧振腔、自適應(yīng)光學(xué)、圖像傳遞、無透鏡成像、實(shí)時(shí)空間相關(guān)和卷積9你認(rèn)為二階非線性效應(yīng)中的哪一個(gè)效應(yīng)最為重要？三階非線性效應(yīng)中哪一個(gè)最為重要？實(shí)際應(yīng)用中,作為光開關(guān)人們一般利用ocels效應(yīng)還是otialerr效二階非線性效應(yīng)中,線性電光效應(yīng)最重要。三階非線性效應(yīng)中,克爾效應(yīng)最重要。作為光開關(guān),〔書上174頁,第5章三階非線性光學(xué)效應(yīng)5.1節(jié)克爾效應(yīng)與光克爾效應(yīng)介紹了光克爾開關(guān),可以寫人們一般利用光克爾開關(guān)[答疑結(jié)果：實(shí)際應(yīng)用中多用前者,因?yàn)楹笳呤侨A非線性效應(yīng),而且要求廣場能量必須非常高,這樣就非常容易打壞器件材料！而前者是利用電場,技術(shù)成熟而且不會(huì)對(duì)器件材料造成損傷！]光克爾效應(yīng)可用于構(gòu)造一種超快光開關(guān),〔其原理如圖見書在政教片真氣之間放置光克爾介質(zhì)〔樣品,不加強(qiáng)激光脈沖〔開關(guān)光束時(shí),任何光場都無法通過檢偏器,開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；一旦加上開關(guān)激光脈沖,由于感應(yīng)雙折射,探測光通過長度為l的光克爾介質(zhì)時(shí),在與開關(guān)光偏振方向平行和垂直方向的分量間產(chǎn)生相位差:使得入射線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光,該光可以通過檢偏器輸出,開關(guān)處于開啟狀態(tài)。〔可以把后面的性質(zhì)、應(yīng)用也寫上以下是網(wǎng)上資料簡述普克爾效應(yīng)開關(guān)：在鈮酸鋰中制造的高速馬赫-曾德爾調(diào)制器,作為已經(jīng)有商品供給的普克爾效應(yīng)開關(guān),是通過修整盡緣緩沖層的電性能,或通過用沒有直流偏置來調(diào)整器件運(yùn)行,已經(jīng)給器件提出了電壓穩(wěn)定性題目?？藸栃?yīng)開關(guān)：克爾效應(yīng),亦即由光強(qiáng)度通過材料中的三階光非線性度直接控制折射率,逐一提供光信號(hào)的直接控制。它支撐著在目前還是研究課題的甚高速光邏輯器件的技術(shù)發(fā)展?，F(xiàn)在能很輕易產(chǎn)生的甚短<fs>、甚強(qiáng)的多種光信號(hào),可直接在光纖或半導(dǎo)體波導(dǎo)中相互影響,已經(jīng)達(dá)到了數(shù)百Gb／s的光數(shù)字式運(yùn)行。可是,由于強(qiáng)度拖累,克爾效應(yīng)開關(guān)在廣泛使用的帶寬與強(qiáng)度的路由光信號(hào)方面并沒有作用。10飛秒激器入射在玻璃中,我們能觀察到什么現(xiàn)象？說明理由？光線的自聚焦效應(yīng),一束強(qiáng)激光本身就有的光克爾效應(yīng)。在中心處的折射率為最大或最小,由三階非線性極化率是正或負(fù)所決定。正透鏡效應(yīng)--使光束本身愈來愈向高強(qiáng)度區(qū)域聚集,這叫做自聚焦效應(yīng)。但截面較小的光束還要發(fā)生衍射效應(yīng),只有自聚焦效應(yīng)強(qiáng)于衍射效應(yīng)時(shí),光才能表現(xiàn)出自聚焦現(xiàn)象。自聚焦效應(yīng)正比于,衍射效應(yīng)<與光束焦點(diǎn)處的束腰半徑平方成反比>。因此,由于自聚XX用,自聚焦效應(yīng)和衍射效應(yīng)同時(shí)增強(qiáng)。如果后者增強(qiáng)得較快,則在某一點(diǎn)處,光束將出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。但大多數(shù)情況下,一旦自聚XX用開始,自聚焦效應(yīng)總是強(qiáng)于衍射效應(yīng),自聚XX用一直進(jìn)行著<焦點(diǎn)位置不變>。當(dāng)自聚焦效應(yīng)和衍射效應(yīng)平衡時(shí),光束在介質(zhì)中傳播較長的距離,光束直徑不變---自陷：光絲吸收和散射將引起激光強(qiáng)度減弱,破壞自聚焦和衍射之間的平衡,引起光束衍射。以下非線性光學(xué)作用使自聚XX用中止：受激拉曼散射;受激布利淵散射;雙光子吸收;光損傷。11光折變應(yīng)在引起折射率變化上有什么特點(diǎn)？光折變效應(yīng)與光強(qiáng)無關(guān),光強(qiáng)僅影響光折變過程的速度。通過均勻光照或加熱<使電荷重新恢復(fù)均勻分布,折射率變化消失>可以消除光折變,使晶體恢復(fù)初態(tài)。光折變響應(yīng)是非局域的,通過光折變效應(yīng)建立的折射率相位光柵在時(shí)間上滯后；在空間上非局域響應(yīng),即折射率變化最大處并非光照的最強(qiáng)處。12偏振光著光軸方向通過石英晶體是可能發(fā)生的現(xiàn)象？說明理由？當(dāng)一束線偏振光沿光軸方向通過石英晶體可能會(huì)發(fā)生旋光效應(yīng),其偏振面旋轉(zhuǎn)的角度與材料的厚度成正比。非涅耳解釋：認(rèn)為入射的平面偏振光是旋轉(zhuǎn)方向相反的兩個(gè)圓偏振光之和,并假定圓偏振光通過上述那些介質(zhì)時(shí)是不變的,但右旋圓偏振光與左旋圓偏振光在介質(zhì)中傳播速度稍有不同,這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光在通過介質(zhì)后,一個(gè)光波的相位相對(duì)于另一個(gè)便有了相移。因此,當(dāng)兩個(gè)圓偏振光在介質(zhì)出射面處重新組合時(shí),偏振面便產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)。13光在非性介質(zhì)中傳播時(shí),相應(yīng)的電位移矢量和電場矢量方向能否相同？正常情況下不能,特殊情況下能。理由〔1為什么參量振蕩器能過改變輸出頻率？在參量振蕩器中是否有更高的泵浦光的頻率？為什么？如果有,較高頻率的輻射和較低頻率的輻射哪一個(gè)更強(qiáng)？為什么？[答疑結(jié)果]參量振蕩器能改變輸出頻率大家都知道原因；能產(chǎn)生高于泵浦光頻率的光,較低頻率的更強(qiáng)；因?yàn)樵谥C振腔內(nèi)的光在滿足倍頻或者和頻的條件時(shí)將會(huì)有可能產(chǎn)生更高頻率的光,但是較高頻率的光產(chǎn)生條件是:在滿足參量振蕩的前提下還要滿足和頻或者倍頻等額外條件,因此要求更多,實(shí)現(xiàn)更不容易！2在拉曼射中為何觀察不到高階斯托克斯散射？在受激拉曼散射中高階斯托克斯散射光卻較強(qiáng)？高階斯托克斯光的散射角有什么變化規(guī)律？3為什么強(qiáng)光脈沖通過非線性晶體時(shí)脈沖寬度要增加？群速色散,Δν.Δt≈1。通過非線性晶體后,Δν減小,Δt增加,脈沖寬度增加。4參量過程中位相匹配有何意義？相干長度的物理意義？舉例說明實(shí)現(xiàn)兩種位相匹配的方法？5在位相軛波的定義？畫圖說明共軛反射鏡消除波前畸變的過程？三波混頻前向四波混頻和后向四波混頻罵一個(gè)更重要？為什么？四波混頻有哪些重要的應(yīng)用？6你認(rèn)為二階非線性效應(yīng)中的哪一個(gè)效應(yīng)最為重要？三階非線性效應(yīng)中哪一個(gè)最為重要？實(shí)際應(yīng)用中,作為光開關(guān)人們一般利用ocels效應(yīng)還是otialerr效7飛秒激器入射在玻璃中,我們能觀察到什么現(xiàn)象？說明理由？8光折變應(yīng)在引起折射率變化上有什么特點(diǎn)？9飽和吸和反飽和吸收與光強(qiáng)是否有關(guān)？兩種吸收產(chǎn)生的條件？吸收系數(shù)隨光強(qiáng)的增加而減小,稱為飽和吸收<SA>;吸收系數(shù)隨光強(qiáng)的增加而增加,稱為反飽和吸收<RSA>。反飽和吸收產(chǎn)生的條件只與吸收截面有關(guān),而反飽和吸收向飽和吸收轉(zhuǎn)化,不只與吸收截面有關(guān),還受入射光強(qiáng)影響。即使吸收截面滿足轉(zhuǎn)化條件,入射光強(qiáng)沒有達(dá)到閾值光強(qiáng),產(chǎn)生反飽和吸收現(xiàn)象,但不發(fā)生反飽和吸收向飽和吸收轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的閾值光強(qiáng)由材料的吸收截面、能級(jí)壽命以及飽和光強(qiáng)決定。10當(dāng)一束偏振光沿著光軸方向通過石英晶體是可能發(fā)生的現(xiàn)象？說明理由？11說出電化率的4對(duì)易對(duì)稱性,并說明滿足的條件？二1受激布里淵散射為什么產(chǎn)生的事背向散射光？根據(jù)位相匹配條件畫圖分析受激布里淵散射能否產(chǎn)生反斯托克斯散射光？該散射又和應(yīng)用？假設(shè)受激布里淵散射的聲子壽命是20n那么他在應(yīng)用于光纖溫度傳感技術(shù)中探測器能分辨的由溫度引起變化的最小距離是多少？聲波和散射光波沿著特定方向——聲波與強(qiáng)光波場w的方向相同,散射光w1,與強(qiáng)光波場wp的方向相反〔此時(shí)增益最大SBS可產(chǎn)生w1=w-ws散射<相當(dāng)于Stokes散射>,能否像SRS那樣,SBS產(chǎn)生w2=w+wsound的散射光波<相當(dāng)于anti-stokes散射>？如果認(rèn)為在介質(zhì)中能夠產(chǎn)生w2,那么w2應(yīng)由w,w1通過三階非線性作用產(chǎn)生,即w2=w+ws=w+w-w1。相位匹配條件要求：2Kw-Kw1=Kw2。實(shí)際上,ws很小,有：w~w1~w2,即,這三個(gè)光波滿足Kw~Kw1~Kw2。則：<1>如果w1與w反向的話<增益最大時(shí)>：2Kw-Kw1=Kw2難以滿足,SBS無法產(chǎn)生anti-stokes散射光*,如圖6-1<a>所示。<2>如果w1與w不是反向的話<增益較小時(shí)>,兩者只能同向,才能滿足：2Kw-Kw1=Kw2,SBS產(chǎn)生較弱的anti-stokes散射光*,如圖6-15<b>所示。應(yīng)用：<1>光纖傳感:當(dāng)溫度或應(yīng)變發(fā)生變化時(shí),布里淵信號(hào)將改變。<2>用于相位共軛。