第7章4章激光非线性.ppt

7.7 激光频率变换技术 许多实际应用的激光波长不能从激光介质的受激辐射直接 产生，必须采用频率变换获得。频率变换技术包括倍频、和频、 光参量振荡、受激莱曼散射等。 一、介质的非线性极化 1. 非线性极化的表示 粒子在外电场作用下可看成电偶极子的运动，它们也要 辐射电磁波，大量粒子辐射的电磁波的叠加形成了介质中的 电极化强度 P 。 （ 1 ）在入射光较弱情况下， 称为线性极化率。 ， ) 1 ( ) 1 ( 0 ? ? ? E p ? ? ? 线性极化引起 同频率的次波辐射 ，其复数折射率为 （ 2 ）在在入射光很强情况下， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? EEE EE E P 3 2 1 0 : ? ? ? ? 二阶非线性极化项的引入将导致入射光 频率的变化 ；三阶非 线性极化项的引入将导致 自聚焦和自相位调制 等。 与 光 的 吸 收 相 联 系 。 有 关 ， 引 起 光 的 色 散 ； 就 是 折 射 率 ， 它 与 频 率 ? ? ? ? ? ? ? n i n ? ? ? ? ? ? ? ? ? ) ~ Im( ) ~ Re( 2 1 1 ~ 2 1 1 1 ~ ) 1 ( 例子： 设两束不同频率的光入射到介质中， ? ? ? ? z k t E t z E 1 1 1 1 cos , ? ? ? ? ? ? ? z k t E t z E 2 2 2 2 cos , ? ? ? 在考虑 线性极化和二阶非线性极化 情况下， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 0 cos cos cos cos , z k t E z k t E z k t E z k t E t z P ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 将上式展开， 极化波增加了一些新的频率成分 ，即 ? ? ? ? z k t E P 1 1 2 1 2 0 2 2 2 cos 2 1 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? z k t E P 2 2 2 2 2 0 2 2 2 cos 2 1 2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? z k k t E E P 2 1 2 1 2 1 2 0 cos 2 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? z k k t E E P 2 1 2 1 2 1 2 0 cos 2 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 2 1 2 0 0 2 1 E E P ? ? ? ? 0 2 2 2 1 2 1 2 1 P P P P P P NL ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 上式表明，极化产生的光波不仅有基频光成分，还可能 有倍频光、和频光、差频光和直流分量。但应指出， 实际的 出射光波中并不能同时观察到所有频率的光波。 两束基频光 波将能量转移到哪个新频率的光波上，还需受到能量守恒和 动量守恒的制约，实际观察到的往往是某一频率的光波。 例如，和频过程表示为： 线 性 极 化 率 。 表 示 和 频 效 应 的 二 阶 非 ， 其 中 ) , ; ( ) , ; ( 2 1 3 ) 2 ( 2 1 3 ) ( 2 1 2 1 3 ) 2 ( 0 2 1 2 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? t i e E E p ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? y x x z z y z y x z y x E E E E E E E E E p p p 2 2 2 , , , , , , , , , , , , , , , 2 2 2 36 35 34 33 32 31 26 25 24 23 22 21 16 15 14 13 12 11 0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3. 实用倍频极化率 为了计算方便，引入 实用倍频极化率： in in d ? ? 0 2 1 ? 2. 倍频极化率张量 晶体具有互易对称性和空间对称性，所以独立分量数量 将减少。 KDP 晶体的二阶极化强度的矩阵形式为： 二、 非线性耦合波方程 非线性极化介质是非铁磁性、无损耗、不导介质。