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《学习课件第四章++二阶非线性光学效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第4章二阶非线性光学效应第四章二阶非线性光学效应4.1线性电光效应4.2光整流效应4.3三波混频及和频、差频产生4.4二次谐波产生4.5参量转换4.6参量放大与参量振荡第4章二阶非线性光学效应4.1线性电光效应线性电光效应也叫做Pockler效应。当没有反演中心的晶体受到直流电场或低频电场作用时,其折射率发生与外加电场成线性关系的变化。这里所说的低频电场是与光频比较而言,所以微波频率也包括在内。第4章二阶非线性光学效应线性电光效应是一种特殊的二阶非线性光学效应。在这里,作用于介质的两个电场，一个是光电场,另一个是低频场或直流场,在这两个电场的作用下产
2、生了二阶非线性极化。假定作用于介质的直流场为E、光电场为0Eexp(-iωt)+c.c.,则根据极化强度的一般表示式（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章二阶非线性光学效应相应于频率为ω的极化强度分量表示式为(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由此可见,直流电场的作用使得介质对频率为ω(2)的极化率张量改变了2χ(ω,0)E。在这种情μαβ0β况下,电位移矢量为D=εE+P+P=ε·E+P0LNLNL第4章二阶非线性光学效应分量形式表示为ω(4.1-4)D=εεE+Pμ0μααμ(2)=ε(ε+2χ(ω,0)E)E=ε(ε)E0μαμαβ0βα0μαeffα这里的ε是相对介电常数
4、张量元素。μα由于直流电场的作用,使频率为ω的相对介电常数张量产生了一个变化量:(2)δε=2χ(ω,0)Eμαμαβ0β第4章二阶非线性光学效应1、折射率椭球几何法描述在第三章,我们利用折射率椭球详细地讨论了光波在介质中的传播特性。在主轴坐标系中的折射率椭球表示式为222xyz++=1222nyzxxx第4章二阶非线性光学效应由上面的讨论已知,由于直流电场E的存在,0引起了介电常数张量的变化,也就引起了折射率椭球方程的系数1/n2、1/n2、1/n2发生变化。xyz因此,在有直流电场存在时,应将折射率椭球方程写成如下一般的形式:⎛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章二阶非线性光学效应当直流电场为零,且x、y、z轴分别平行于三个介电主轴时,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章二阶非线性光学效应1）KDP（KH2PO4）晶体中的线性电
6、光效应KDP晶体属于42m对称群,其光轴取为z轴,另外两个对称轴为x轴和y轴。根据表4.1-1,它的线性电光张量的非零元素只有γ=γ和γ,其矩阵形式为415263⎡000⎤⎢⎥000⎢⎥⎢000⎥(4.1-20)⎢⎥γ00⎢41⎥⎢0γ0⎥41⎢⎥00γ⎣63⎦第4章二阶非线性光学效应当外加直流电场E=0时,KDP晶体的折射率椭0球方程为222xyz++=1(4.1-21)222nnnooe晶体外加直流电场E时,折射率椭球方程应为0222xyz2yz2zx2xy+++++=1222222nnnnnn123456(4.1-22)第4章二阶非线性光学效应
7、由（4.1-19）式关系,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时,KDP晶体的折射率椭球方程为0222xyx+++2γEyz+2γEzx+2γExy=1222410x410y630xnnnooe(4.1-23)第4章二阶非线性光学效应x′x45°y′45°Oz,z′y图4.1-1坐标变换关系第4章二阶非线性光学效应2)43m类晶体的线性电光效应（横向运用）43m类晶体为立方晶系类,属于这类
8、晶系的晶体有CuCl、ZnS、GaAs、ZnTe等。这类晶体未加电场时,光学性质是各向同性的,其折射率椭球为
