光波在非线性介质中的传播分析课件.ppt
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- 关 键 词:
- 光波 非线性 介质 中的 传播 分析 课件
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1、2022-6-3共17页1UPDOWNBACK共共1717页页 2 22022-6-3 当光照射物质时,光波电磁场将对物质中的电子产当光照射物质时,光波电磁场将对物质中的电子产生作用,在外电场的作用下,介质原子成为电偶极子。电生作用,在外电场的作用下,介质原子成为电偶极子。电偶极子将随光波的电磁场的变化产生振荡。偶极子将随光波的电磁场的变化产生振荡。+ 原子的电极化:负电荷中心与正电荷中心产生偏离的状态。原子的电极化:负电荷中心与正电荷中心产生偏离的状态。UPDOWNBACK共共1717页页 3 32022-6-3qrp 若物质中的电子在外场作用下产生位移若物质中的电子在外场作用下产生位移 r
2、,则每个电,则每个电子产生一个电偶极矩子产生一个电偶极矩 p。 若光波随时间作正弦变化,即它的电场强度沿两个相若光波随时间作正弦变化,即它的电场强度沿两个相反方向交替变化,电偶极子的负电荷中心将绕正电荷中心反方向交替变化,电偶极子的负电荷中心将绕正电荷中心作周期性振荡。表征电偶极子的物理量是电偶极矩。作周期性振荡。表征电偶极子的物理量是电偶极矩。NqrP 若单位体积中有若单位体积中有N 个电偶极子,个电偶极子,N 个偶极矩的矢量和个偶极矩的矢量和为极化强度为极化强度P。UPDOWNBACK共共1717页页 4 42022-6-3 :电偶极矩与外界电磁场成线性关系。:电偶极矩与外界电磁场成线性关
3、系。 当光与物质相互作用时,光场中的电场强度使介质原子当光与物质相互作用时,光场中的电场强度使介质原子因感应而产生电偶极矩,电偶极矩叠加起来形成电极化强度。因感应而产生电偶极矩,电偶极矩叠加起来形成电极化强度。电极化强度产生极化场,极化场发出次级辐射。电极化强度产生极化场,极化场发出次级辐射。xEP0 若若E 以以作简谐变化,作简谐变化,P 及其产生的次级电磁辐射也以及其产生的次级电磁辐射也以同样的同样的作简谐变化,因两频率相同,次级辐射与入射光作简谐变化,因两频率相同,次级辐射与入射光波叠加的结果使光波的单色性不变。波叠加的结果使光波的单色性不变。UPDOWNBACK共共1717页页 5 5
4、2022-6-3 当有几种不同频率的光波同时与该物质相互作用时,当有几种不同频率的光波同时与该物质相互作用时,各种频率的光都线性独立地反射、折射和散射,不会发各种频率的光都线性独立地反射、折射和散射,不会发生新的频率。生新的频率。 在线性光学中,物质对光场的响应与光的场强成线在线性光学中,物质对光场的响应与光的场强成线性关系。性关系。 外界作用的光场较强,电偶极子的振荡外界作用的光场较强,电偶极子的振荡不再具有位移与外电场成线性的关系,产生的电磁振荡是不再具有位移与外电场成线性的关系,产生的电磁振荡是非线性的。非线性的。UPDOWNBACK共共1717页页 6 62022-6-3强光和弱光的划
5、分强光和弱光的划分: 比较比较 E与与 E 的大小的大小 E: 光场的强度光场的强度 E: 组成物质的分子或原子内部的平均电场强度组成物质的分子或原子内部的平均电场强度1EE线性关系线性关系强激光,强激光,E与与 E可比拟可比拟, 光场与物质作用的非线性关系明显光场与物质作用的非线性关系明显. 如光学倍频和混频如光学倍频和混频, 光学参量与振荡光学参量与振荡, 自聚焦自聚焦, 光学相位共轭光学相位共轭, 光的受激散射光的受激散射, 光致透明光致透明, 多光子吸收多光子吸收.普通光源的光普通光源的光,UPDOWNBACK共共1717页页 7 72022-6-3各向同性介质各向同性介质 33221
6、EEEP 1非线性介质非线性介质: 非线性极化系数比较大的介质非线性极化系数比较大的介质两类非线性光学现象两类非线性光学现象: (1) 强光与被动介质相互作用的非线性现象,强光与被动介质相互作用的非线性现象, 如光学整流,光学倍频与混频,光自聚焦等等。如光学整流,光学倍频与混频,光自聚焦等等。(2) 强光与激活介质相互作用的非线性光学现象,强光与激活介质相互作用的非线性光学现象, 如受激拉曼散射和受激布里渊散射等。如受激拉曼散射和受激布里渊散射等。 2 3- 三次非线性电极化率三次非线性电极化率- 二次非线性电极化率二次非线性电极化率- 线性电极化率线性电极化率UPDOWNBACK共共1717
7、页页 8 82022-6-3 强光与该介质相互作用时,它的性质如同化学反应强光与该介质相互作用时,它的性质如同化学反应中的催化剂,它本身的固有频率并不明显起作用。如光整流、光学中的催化剂,它本身的固有频率并不明显起作用。如光整流、光学谐波、光混频和光自聚焦等。谐波、光混频和光自聚焦等。 强光与该介质相互作用时,它能以自己的固有频率去强光与该介质相互作用时,它能以自己的固有频率去影响与它相互作用的光波,这类相互作用是一些受激散射过程如受激影响与它相互作用的光波,这类相互作用是一些受激散射过程如受激拉曼散射、受激布里渊散射等。拉曼散射、受激布里渊散射等。UPDOWNBACK共共1717页页 9 9
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