學(xué)習(xí)課件第四章++二階非線性光學(xué)效應(yīng)

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1、第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)第四章二階非線性光學(xué)效應(yīng)4.1線性電光效應(yīng)4.2光整流效應(yīng)4.3三波混頻及和頻、差頻產(chǎn)生4.4二次諧波產(chǎn)生4.5參量轉(zhuǎn)換4.6參量放大與參量振蕩第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)4.1線性電光效應(yīng)線性電光效應(yīng)也叫做Pockler效應(yīng)。當(dāng)沒有反演中心的晶體受到直流電場或低頻電場作用時,其折射率發(fā)生與外加電場成線性關(guān)系的變化。這里所說的低頻電場是與光頻比較而言,所以微波頻率也包括在內(nèi)。第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)線性電光效應(yīng)是一種特殊的二階非線性光學(xué)效應(yīng)。在這里,作用于介質(zhì)的兩個電場，一個是光電場,另一個是低頻場或直流場,在這兩個電場的作用下產(chǎn)

2、生了二階非線性極化。假定作用于介質(zhì)的直流場為E、光電場為0Eexp(-iωt)+c.c.,則根據(jù)極化強度的一般表示式（1.1-39）式和（1.1-40）式,有(1)(1)(1)?itωPEE()te=?εχ(0)+?εχω[()+c..]c(4.1-1)000(2)(2)(2)?PE()t=+εχ(0,0):EE2εχωω(,?):E0000(2)??itωω(2)it2++2[(,0):εχωEEec..][(,):c++εχωωEEec..]c0000(4.1-2)第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)相應(yīng)于頻率為ω的極化強度分量表示式為(1)??itωω(2

3、)itP(,)[()ωεtE=+χωec..]2[c+εχω(,0)EEe+c..]cμμ00ααμαβα0β{[(1)()2(2)(,0)EEecc]?itω..}=+εχωχω+(4.1-3)00μαμαββα由此可見,直流電場的作用使得介質(zhì)對頻率為ω(2)的極化率張量改變了2χ(ω,0)E。在這種情μαβ0β況下,電位移矢量為D=εE+P+P=ε·E+P0LNLNL第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)分量形式表示為ω(4.1-4)D=εεE+Pμ0μααμ(2)=ε(ε+2χ(ω,0)E)E=ε(ε)E0μαμαβ0βα0μαeffα這里的ε是相對介電常數(shù)

4、張量元素。μα由于直流電場的作用,使頻率為ω的相對介電常數(shù)張量產(chǎn)生了一個變化量:(2)δε=2χ(ω,0)Eμαμαβ0β第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)1、折射率橢球幾何法描述在第三章,我們利用折射率橢球詳細地討論了光波在介質(zhì)中的傳播特性。在主軸坐標(biāo)系中的折射率橢球表示式為222xyz++=1222nyzxxx第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)由上面的討論已知,由于直流電場E的存在,0引起了介電常數(shù)張量的變化,也就引起了折射率橢球方程的系數(shù)1/n2、1/n2、1/n2發(fā)生變化。xyz因此,在有直流電場存在時,應(yīng)將折射率橢球方程寫成如下一般的形式:?1?2?1?2?1

5、?2?2?x+?2?y+?2?z(4.1-6)?n?1?n?2?n?3?1??1??1?+2??yz+2??zx+2??xy=1222?n?4?n?5?n?6第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)當(dāng)直流電場為零,且x、y、z軸分別平行于三個介電主軸時,有?1?1?1????=,??=0?222?n?1E0=0nx?n?4E0=0???1?1?1???2?=2,?2?=0?(4.1-7)?n?n?n?2E0=0y5E0=0???1?1?1????=,??=0222??n?n?n?3E0=0z6E0=0?第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)1）KDP（KH2PO4）晶體中的線性電

6、光效應(yīng)KDP晶體屬于42m對稱群,其光軸取為z軸,另外兩個對稱軸為x軸和y軸。根據(jù)表4.1-1,它的線性電光張量的非零元素只有γ=γ和γ,其矩陣形式為415263?000???000???000?(4.1-20)??γ00?41??0γ0?41??00γ?63?第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)當(dāng)外加直流電場E=0時,KDP晶體的折射率橢0球方程為222xyz++=1(4.1-21)222nnnooe晶體外加直流電場E時,折射率橢球方程應(yīng)為0222xyz2yz2zx2xy+++++=1222222nnnnnn123456(4.1-22)第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)

7、由（4.1-19）式關(guān)系,有?1??1?δ?2?=0,δ?2?=γ41E1?n?1?n?4?1??1?δ?2?=0,δ?2?=γ41E2?n?2?n?5?1??1?δ?2?=0,δ?2?=γ63E3?n?3?n?6所以,E≠0時,KDP晶體的折射率橢球方程為0222xyx+++2γEyz+2γEzx+2γExy=1222410x410y630xnnnooe(4.1-23)第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)x′x45°y′45°Oz,z′y圖4.1-1坐標(biāo)變換關(guān)系第4章二階非線性光學(xué)效應(yīng)2)43m類晶體的線性電光效應(yīng)（橫向運用）43m類晶體為立方晶系類,屬于這類

8、晶系的晶體有CuCl、ZnS、GaAs、ZnTe等。這類晶體未加電場時,光學(xué)性質(zhì)是各向同性的,其折射率橢球為