pbs纳米材料光学非线性研究

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1、第1章引言畴，在这个范畴内，入射光作用于介质引起的光学效应(如反射、折射、双折射等)与入射光强成正比，这时不同频率的入射光经介质相互作用后不发生能量转换，光在介质中的传播满足独立传播原理和线性叠加原理；如果介质对光的响应成非线性关系，光学现象属于非线性光学范畴，此时，光在介质中传播会产生新的频率，不同频率的入射光经由介质相互作用后可以产生能量转换，独立传播原理和线性叠加原理不再成立。在线性光学的范畴内，光在介质中引起的极化强度P与光电场E的关系为P=‰z匠，即极化强度与电场强度成简单的『F比关系。而对于非线性光学过程，必须考虑光电

2、场E的高次幂对极化强度P的影响。非线性光学属于强光光学，是指光学材料对外加光场的响应与外加光场场强之间的关系为非线性的。1．2．1非线性光学极化率在描述光电场与物质的相互作用时，有一个重要的物理量——电极化强度P(r，r)。当光电场入射到介质体系时，介质中大量的电荷粒子在外加光电场的作用下发生位移，介质中将产生感应的电极化强度，光电场所感应的电极化强度与入射光电场强度之间的关系为：P(r，t)=CoX‘”·E+soZ‘2’：EE+60Z‘31iEEE+···(1-1)在上式中，右边第一项即是线性电极化强度项，第二项、第三项以及更高

3、幂次项，即是非线性光学效应的基本根源。z‘n、z‘3’分别为二阶及三阶非线性极化率张量，它们以及高阶非线性极化率张量z”’是表征光与物质非线性相互作用的基本参数Ⅲ。非线性极化是光波场与介质相互作用结果的宏观表现。产生这个宏观结果的微观作用机理随着介质的不同以及其他因素的不同可以是多种黑龙江大学硕士学位论文—————————■■■—■———■—■■曹■———■————■■■—————■■———■■■■■——■——————■—_II'■嘲多样的。主要的物理机制有如下几种：(1)电子的贡献。光场的作用可以引起原子、分子及固体等介质中电子

4、云分布的畸变；(2)分子的振动和转动，包括晶格的振动；(3)分子的重新取向和重新分布。分子在光场的作用下感生的电偶极矩之间的相互作用，会引起分子在空间的重新分布，分子的重新取向或重新分布会改变介质的极化率：(4)电致伸缩。电场作用于介质，使作用区介质的密度发生变化，这种现象称为电致伸缩；(5)温度效应。当介质对光场存在吸收时，吸收后的能量可以通过无辐射跃迁转变成热，温度的变化会引起介质密度的改变，从而导致折射率的改变。1．2．2三阶非线性光学效应激光是科学史上最伟大的发明之一，它的诞生开创了许多新兴领域。在诸多新兴领域中，非线性光

5、学具有最广泛的应用范围。该领域的开创工作是1961年Franken及其同事口】所做的二次谐波实验。自那时开始，非线性光学领域一直以惊人的速度向前发展，并在很多学科中得到广泛应用。非线性光学的研究内容十分丰富，但总的来说可以概括为两个方面：一方面是非线性光学现象与效应的发现及它们产生的机理和规律性的研究、非线性光学新技术的发展和新材料的发现。这方面的内容极为丰富，例如：光学倍频、光学和频与差频、受激拉曼散射与布里渊散射、自聚焦、光学参量振荡、饱和吸收与反饱和吸收。人们把非线性光学效应与技术应用到各有关领域中，这方面的内容也很多，例如

6、：倍频技术在激光核聚变研究中的应用、光学相位共轭技术在改善激光束质量中的应用、自适应光学技术吸收、双光子吸收、多光子吸收、三波混频、四波混频和光学双稳效应等。另一方面，集成光学、光学信息存储与实时全息显示技术、光学孤子通讯技术等。．4一第1章引言三阶非线性效应中有四个光电场相互作用，这使得三阶效应有丰富的内容，除了谐波的产生、和频、差频等混频外，还有其他相互作用过程。第一，在三阶效应中产生的信号光频率可以等于某一入射光频率；第二，不同种类的三阶效应反映了不同的三阶非线性极化率，可以根据需要选择共振和非共振效应，从而在实际中得到更为

7、广泛的应用；第三，三阶效应可以发生在只有一个入射光电场频率的情况，产生的效应也只对应于该入射光电场的频率，这种效应可使介质的折射率发生变化，也可以产生一个具有独特相位特性的新的出射光；第四，三阶非线性效应可以发生在所有介质中。因此，三阶非线性光学效应呈现多种多样的形式，除了谐波的产生、和频、差频等混频外，还包括：三倍频、饱和吸收、反饱和吸收、双光子吸收、受激拉曼散射、自聚焦、光克尔效应、简并四波混频等效应哪。1、三倍频(THG)：当频率为∞的光电场入射到非线性介质中时，在合适的条件下，介质中产生频率为3国的信号光电场。一般来讲，在

8、三倍频过程中，并不需要有共振条件，但为了得到显著的三倍频信号，在最常用的三倍频介质中往往采用多光子共振条件。2、饱和吸收(SA)：当一个强的频率为国的光场入射到非线性介质时，由于介质产生的激发使得介质对go频率场的吸收发生变化，这时用一个较弱的∞频