非線性光學相位匹配

（優(yōu)選）非線性光學相位匹配目前一頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點2.1非線性光學相位匹配

假定頻率為ω的基波射入非線性介質,由于二次非線性效應,將產生頻率為2ω的二階非線性極化強度,該極化強度作為一個激勵源將產生頻率為2ω的二次諧波輻射,并由介質輸出,這就是二次諧波產生過程,或倍頻過程。(1)從輻射相干疊加觀點引入相位匹配概念1相位匹配的概念目前二頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點式中(3.5-1)設介質對基波和二次諧波輻射的折射率為n1和n2

又設基波光電場表示式為(1)從輻射相干疊加觀點引入相位匹配概念1相位匹配的概念目前三頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點則由二次非線性效應產生頻率為2ω的極化強度表示式為

(3.5-2)已利用了在介質無耗區(qū)內極化率張量的時間反演對稱性:

(1)從輻射相干疊加觀點引入相位匹配概念目前四頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點圖1二次諧波產生過程示意圖推導相位匹配條件(1)從輻射相干疊加觀點引入相位匹配概念目前五頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點(1)從輻射相干疊加觀點引入相位匹配概念目前六頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點(1)從輻射相干疊加觀點引入相位匹配概念目前七頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點①由于介質的色散效應使總的二次諧波強度輸出很小相位匹配相位失配④相干長度:(1)從輻射相干疊加觀點引入相位匹配概念討論：③②目前八頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點(2)從能量轉換角度理解相位匹配概念基波的能量通過介質的非線性極化不斷轉換(耦合)到二次諧波。只有在整個作用距離內始終保持此相位關系，P2才能不斷發(fā)射二次諧波，要求相位匹配；如果相位不匹配，P2發(fā)射受阻礙，當他們之間相位發(fā)生π變化時，P2不再發(fā)射能量。目前九頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點(3)從輻射的量子觀點理解相位匹配概念目前十頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點

光在各向異性介質中的傳播特性晶系的光學分類各向同性晶體：（立方晶系）單軸晶體：（三方晶系、四方晶系、六方晶系）正單軸晶體：負單軸晶體：雙軸晶體：（三斜晶系、單斜晶系、正交晶系）單軸晶體的折射率橢球

旋轉橢球尋常光：非尋常光：目前十一頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點

正單軸晶體與負單軸晶體

光在各向異性介質中的傳播特性目前十二頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點折射率曲面直接確定與波法線方向相應的折射率：

光在各向異性介質中的傳播特性目前十三頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點①角度相位匹配——臨界相位匹配角度相位匹配的概念。負單軸晶體KDP中尋常光和非常光的色散曲線?？梢钥闯?隨著光波長的增長,折射率將減小。

2相位匹配方法

KDP(磷酸二氫鉀),ADP（磷酸二氫銨），KD*P（磷酸二氘鉀），LN(LiNbO3鈮酸鋰)（1）晶體中的相位匹配目前十四頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點圖KDP晶體的色散曲線①角度相位匹配——臨界相位匹配目前十五頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點圖KDP晶體折射率曲面通過光軸的截面①角度相位匹配——臨界相位匹配目前十六頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點圖石英晶體的色散曲線①角度相位匹配——臨界相位匹配目前十七頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點圖石英晶體折射率曲面通過光軸的截面①角度相位匹配——臨界相位匹配目前十八頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點相位匹配角的計算①角度相位匹配——臨界相位匹配目前十九頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點表單軸晶體的相位匹配條件

①角度相位匹配——臨界相位匹配目前二十頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點

角度相位匹配是簡易可行的相位匹配方法，在二次諧波產生及其它混頻過程中已被廣泛地采用。但是，在應用角度相位匹配方法時，還存在著下面所述的一些問題。

②溫度相位匹配——非臨界相位匹配目前二十一頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點

走離效應

通過調整光傳播方向的角度實現(xiàn)相位匹配時,參與非線性作用的光束選取不同的偏振態(tài),就使得有限孔徑內的光束之間發(fā)生分離。例如,在二次諧波產生過程中,當晶體內光傳播方向與光軸夾角θ=θm時,尋常光的波法線方向與光線方向一致,而對于非常光,其波法線方向與光線方向不一致,在整個晶體長度中,使得不同偏振態(tài)的基波與二次諧波的光線方向逐漸分離,從而使轉換效率下降,這就是走離效應。②溫度相位匹配——非臨界相位匹配目前二十二頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點圖走離效應②溫度相位匹配——非臨界相位匹配目前二十三頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點

輸入光發(fā)散引起相位失配

實際上的光束都不是理想均勻平面波,而是具有一定的發(fā)散角。根據(jù)傅里葉光學,任一非理想的平面波光束都可視為具有不同方向波矢的均勻平面光波的疊加。而具有不同波矢方向的平面波不可能在同一相位匹配角θm方向達到相位匹配。②溫度相位匹配——非臨界相位匹配目前二十四頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點

輸入光束的譜線寬度引起相位失配

混頻或二次諧波產生過程的相位匹配角隨著波長的不同而發(fā)生變化。實際上,任何一束光都是具有一定譜線寬度的非理想單色波,所有頻率分量不可能在同一個匹配角下達到相位匹配。同樣,可以定義一個二次諧波接受線寬δλ,②溫度相位匹配——非臨界相位匹配目前二十五頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點圖90°相位匹配時的折射率曲面②溫度相位匹配——非臨界相位匹配目前二十六頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點圖LiNbO3晶體在匹配溫度下的色散曲線②溫度相位匹配——非臨界相位匹配目前二十七頁\總數(shù)二十九頁\編于二十點

在實際的非線性光學過程中,有時采用堿金屬蒸氣作為非線性介質。這是因為堿金屬蒸氣能提供合適的能級,使所用激光頻率滿足三階