非线性光学04

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1、二阶非线性过程非线性光学NonlinearOptics第四章非线性光学NonlinearOptics胡巍目录三波耦合过程第四章和倍频,和频,差频二阶非线性过程参量放大和参2ndordernonlinearprocess量转换线性电光效应光整流效应胡巍华南师范大学光子信息技术实验室November4,2010目录非线性光学Nonlinear1三波耦合过程和倍频,和频,差频Optics三波耦合方程第四章Manley-Rowe关系–能流守恒胡巍三波混频过程目录三波耦合过程2参量放大和参量转换和倍频,和频,差频参量转换参量放大和参参量放大量转换参量振荡线性电光效应光整流效应3线

2、性电光效应线性电光效应的折射率椭球描述纵向和横向电光效应电光效应的应用4光整流效应Introduction非线性光学NonlinearOptics第四章胡巍F二阶非线性过程,三波耦合,最常见的非线性光学过程.目录线性电光效应,Pockel效应:χ(2)(ω;ω,0);三波耦合过程和倍频,和频,(2)差频光整流效应:χ(0;ω,−ω);参量放大和参三波混频过程:χ(2)(ω3;ω1,ω2);量转换线性电光效应倍频过程:χ(2)(2ω;ω,ω);光整流效应和频与差频,参量转换,参量放大.目录非线性光学Nonlinear1三波耦合过程和倍频,和频,差频Optics三波耦合方程

3、第四章Manley-Rowe关系–能流守恒胡巍三波混频过程目录三波耦合过程2参量放大和参量转换和倍频,和频,差频参量转换三波耦合方程参量放大Manley-Rowe关系–能流守恒参量振荡三波混频过程参量放大和参量转换3线性电光效应线性电光效应线性电光效应的折射率椭球描述光整流效应纵向和横向电光效应电光效应的应用4光整流效应三波耦合过程和和频,差频非线性光学NonlinearOpticsF如果输入ω1和ω2,当相位匹配时可以产生ω3=ω1+ω2,相第四章位匹配条件为:胡巍k1+k2=k3目录F完全对易性三波耦合过程和倍频,和频,差频(2)(2)(2)三波耦合方程χµαβ(ω

4、1,ω2)=χβαµ(ω1,−ω3)=χαµβ(ω1,−ω3),Manley-Rowe关系–能流守恒三波混频过程非线性过程ω3−ω1=ω2和ω3−ω2=ω1必同时满足以上相位参量放大和参匹配.量转换F如果考虑全部的二阶过程,介质中3个频率的光场可以产线性电光效应生10种频率的非线性极化,但一般仅以上3个非线性过程满足光整流效应相位匹配(光整流也比较容易满足),所以我们仅需考虑3个非线性极化.三波耦合过程非线性光学NonlinearOptics第四章胡巍F当满足相位匹配关系k1+k2=k3,以下三个过程同时发生:目录三波耦合过程ω3=ω1+ω2,ω3−ω1=ω2,ω3−ω

5、2=ω1和倍频,和频,差频三波耦合方程能量在3个频率之间转换,转换方向取决于初始条件和耦合方Manley-Rowe关系–能流程.统称为3波光学混频过程.守恒三波混频过程参量放大和参量转换F根据应用条件不同,实际分为:和频(倍频,参量上转换),差线性电光效应频(参量放大,参量震荡)等.光整流效应三波耦合方程非线性光学NonlinearF三波耦合的稳态传输方程:和频过程(共线):Optics第四章2∂iµ0ω3(2)i∆kz胡巍E(ω3)=P(ω3)e∂z2k3目录P(2)(ω)=2εχ(2)(ω,ω):E(ω)E(ω)301212三波耦合过程和倍频,和频,差频三波耦合方程

6、Manley-共线:即k,k,k以及在同一方向,∆k=k+k−k;Rowe关系–能流123123守恒三波混频过程E(ω),E(ω),E(ω)都是线偏振光,其偏振方向分别123参量放大和参量转换是E(ω1)=ˆe1E1,E(ω2)=ˆe2E2,E(ω3)=ˆe3E3线性电光效应光整流效应∂iµ0ω2E=3eˆ·P(2)(ω)ei∆kz333∂z2k3P(2)(ω)=2εχ(2)(ω,ω):ˆeeˆEE30121212三波耦合方程非线性光学NonlinearOpticsF于是:第四章2hi胡巍∂iω3(2)i∆kzE3=2eˆ3·χ(ω1,ω2):ˆe1eˆ2E1E2e∂z

7、k3c目录iω3(2)i∆kz三波耦合过程≡χeff(ω1,ω2)E1E2e和倍频,和频,n3c差频三波耦合方程Manley-F注意:Rowe关系–能流守恒三波混频过程.参量放大和参χ(2)=ˆe·χ(2)(ω,ω):ˆeeˆ=χ(2)(ω,ω)..ˆeeˆeˆ量转换eff3121212312线性电光效应光整流效应XXX=eχ(2)ee=χ(2)eee3µµαβ1α2βµαβ3µ1α2βµαβµαβ三波耦合方程非线性光学F同样写出三个耦合方程组:NonlinearOptics∂iω1(2)E=χEE∗e−i∆kz第四章∂z1nce