Quang phi tuyến - Các hiệu ứng phi tuyến bậc II

Hiệu ứng quang phi tuyến bậc hai Các yếu tố đối xứng Hợp pha trong SHG Băng thông hợp pha Sự không hợp vận tốc nhóm Tinh thể quang phi tuyến Các số thực tế cho SHG Điện quang Sự tạo tần số hiệu và sự tạo tham số quang Đối xứng trong sự tạo sóng hài bậc II i u này úng, Để đề đ χ (2) ph i b ng 0 i v i môi tr ng có i x ng ả ằ đố ớ ườ đố ứ tâm. a s các v t li u có i x ng tâm, vì v y b n không th y SHGĐ ố ậ ệ đố ứ ậ ạ ấ —ho c b t c hi u ng quang phi tuy n b c ch n nào khác—hàng ặ ấ ứ ệ ứ ế ậ ẵ ngày. E (t) E 2 (t) E sig (x,t) ∝ χ (2) E 2 (x,t) Tưởng tượng nếu chúng ta đảo không gian: E sig (x,t) → −E sig (x,t) E (x,t) → −E (x,t) Bây giờ, nếu môi trường đẳng hướng, χ (2) giữ không đổi. Vì vậy: −E sig (x,t) ∝ χ (2) [−E (x,t) ] 2 = χ (2) E (x,t) 2 = E sig (x,t) Sig: tín hiệu Hợp pha trong sự tạo sóng hài bậc II H p pha nh h ng n SHG nh th nào? ó là m t nh ợ ả ưở đế ư ế Đ ộ ả h ng l n, m t lí do khác khi n cho b n không th y SHG—ưở ớ ộ ế ạ ấ ho c b t c hi u ng quang phi tuy n ch n nào khác – hàng ặ ấ ứ ệ ứ ế ẵ ngày. Chứng minh thực nghiệm đầu tiên về sự tạo sóng hài bậc II P.A. Franken, và các cộng sự, Physical Review Letters 7, p. 118 (1961) Chùm sóng hài rất yếu bởi vì quá trình không hợp pha. Chứng minh bằng thực nghiệm đầu tiên về SHG: dữ liệu Các kết quả được xuất bản thực sự… Hài bậc II Chùm đầu vào Chú ý rằng chấm sáng yếu của sóng hài bậc II bị thiếu. Nó được xóa đi bởi một biên tập viên hơi tích cực của Physical Review Letters, vì anh ta nghĩ nó là một hạt bụi. Sự phụ thuộc dạng sin của cường độ SHG vào chiều dài tinh thể ∆k l nớ ∆k nhỏ C ng SHG t c c i rõ nét nh t khi ườ độ đạ ự đạ ấ ∆k = 0. Nó s ch thõa mãn khi:ẽ ỉ Không may, hi n t ng tán s c ng n ệ ượ ắ ă c n i u này x y ra!ả đề ả Sự tạo sóng hài bậc hai hợp pha V y chúng ta ang t o ra ánh sáng t n s ậ đ ạ ầ ố ω sig = 2 ω . 0 2 2 ( ) pol k k n c ω ω = = 0 0 (2 ) ( ) (2 ) sig sig sig k n n c c ω ω ω ω = = sig pol k k = (2 ) ( )n n ω ω = ω 2 ω T n sầ ố Chi t su tế ấ Và vector k phân cực là: i u ki n h p pha là:Đ ề ệ ợ Vector k c a hài b c hai là:ủ ậ Sig: tín hiệu pol: phân cực Bây gi chúng ta có th thõa mãn ờ ể i u ki n h p pha.đề ệ ợ Dùng phân c c b t th ng i v iự ấ ườ đố ớ ω và th ng i v i 2ườ đố ớ ω. Sự tạo sóng hài bậc hai hợp pha dùng tinh thể lưỡng chiết V t li u l ng chi t có chi t su t khác nhau i v i s phân c c khác nhau. ậ ệ ưỡ ế ế ấ đố ớ ự ự Chi t su t ế ấ thường và bất thường có th khác nhau n ~0.1 i v i các tinh ể đế đố ớ th SHG. ể (2 ) ( ) o e n n ω ω = ω 2 ω T n sầ ố Chi t su tế ấ  n e o n n e ph thu c vào góc truy n, vì v y chúng ta có th i u ch nh i v i ụ ộ ề ậ ể đề ỉ đố ớ ω xác nh. M t s tinh th có đị ộ ố ể n e < n o , vì v y s phân c c s ng c l i.ậ ự ự ẽ ượ ạ Hợp pha SHG không cộng tuyến 0 ˆ 2 cos 2 ( )cos pol pol k k k k z k n c θ ω ω θ ′ = + = ⇒ = r r r 2 (2 ) sig o k n c ω ω = (2 ) ( ) cosn n ω ω θ = ˆ ˆ cos sink k z k x θ θ = − r ˆ ˆ cos sink k z k x θ θ ′ = + r z x Nh ng:ư Vì v y i u ki n h p pha tr ậ đề ệ ợ ở thành: θ θ I ∆ k Băng thông hợp pha H p pha ch thõa mãn i v i m t b c sóng, ch ng h n ợ ỉ đố ớ ộ ướ ẳ ạ λ 0 . B i vì ở các xung c c ng n có b ng thông r ng, t c h p pha g n úng ự ắ ă ộ đạ đượ ợ ầ đ i v i t t c các t n s là m t v n l n.đố ớ ấ ả ầ ố ộ ấ đề ớ Kho ng b c sóng (ho c t n s ) t c h p pha g n úng là ả ướ ặ ầ ố đạ đượ ợ ầ đ b ng thông h p pha. ă ợ [ ] 4 ( ) ( ) ( / 2)k n n π λ λ λ λ ∆ = − 0 λ 0 2 λ B c sóngướ Chi t su tế ấ  n e  n o 2 2 ( ) ( / ) sinc ( / 2) sig I L L k L λ µ ∆ Nhớ lại cường độ đầu ra của tinh thể SHG chiều dài L: ở đây: ( ) )/ 2 (n n λ λ ≠ 2 λ λ Sig: tín hiệu [...]... Pockels (Q-Switch_Xung siêu khổng lồ) Hiệu ứng Pockels là một loại hiệu ứng quang phi tuyến bậc II Trước khi kích hoạt 0° Kính phân cực Gương Tế bào Pockels như bản sóng w/ các trục tại ±45° Sau khi kích hoạt 0° Kính phân cực Gương Tế bào Pockels như một bản sóng w/ các trục tại 0° hoặc 90° Hiệu ứng Pockels liên quan đến quá trình bậc II đơn giản: ωsig = ω + 0 trường một chiều Tuy nhiên, trường tín hiệu. .. nhất cho ứng dụng cụ thể của bạn hoặc thực hiện các mô phỏng chi tiết về các quá trình trộn phi tuyến trong tinh thể Các tính năng trong SNLO: 1 Tính chất tinh thể 2 Mô hình hóa tinh thể trong các ứng dụng khác nhau 3 Thiết kế buồng cộng hưởng ổn định, tính toán các tham số tụ tiêu Gauss và hiển thị các tập tin giúp đỡ Sự tạo tham số quang signal: Những kết quả gần đây dùng môi trường phi tuyến, RbTiOAsO4... này không đề cập đến độ cảm phi tuyến, χ(2)) Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với tinh thể KDP Hiệu suất hợp pha theo bước sóng của tinh thể quang phi tuyến, potassium dihydrogen phosphate (KDP), với các độ dày khác nhau: 10 µm Chú ý rằng có sự khác biệt lớn trong băng thông hợp pha và hiệu suất theo độ dày tinh thể đối với tất cả các tinh thể 100 µm 1000 µm Đối với các tinh thể mỏng đường cong... Sự tạo sóng hài bậc II đáng sợ Tinh thể KDP nhân đôi tần số tại phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore Những tinh thể này chuyển 80% ánh sáng đầu vào thành hài bậc hai của nó Sau đó những tinh thể thêm vào tạo ra hài bậc ba với hiệu suất tương tự! Những cái này đáng gườm! Sự tạo tần số hiệu: Sự tạo tham số quang, Khuếch đại tham số quang, Dao động tham số quang Sự tạo tần số hiệu có nhiều dạng.. .Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với BBO Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với tinh thể quang phi tuyến, beta-barium borate (BBO), với các độ dày khác nhau: 10 µm 100 µm 1000 µm Những đường cong này cũng tính đến thừa số (L/λ)2 Chú ý rằng có sự khác biệt lớn trong băng thông hợp pha và hiệu suất theo độ dày tinh thể Những đường cong này được lấy tỉ lệ theo các đơn vị tùy ý,... có nhiều dạng hữu dụng ω1 ω3 ω2 = ω3 − ω 1 Chuyển đổi giảm tham số (Sự tạo tần số hiệu) ω1 ω1 ω3 Sig: tín hiệu ω1 ω3 ω2 “idler" Sự tạo tham số quang (OPG) ω2 Theo quy ước: ωsignal > ωidler ω1 ω3 ω2 gương Khuếch đại tham số quang (OPA) “signal" Dao động tham số quang (OPO) gương Sự tạo tham số quang Những phương trình của các quá trình này giống như những phương trình của SHG: 2 ∂ 1 ∂ (2) ω1 * E2 E3ei∆k... quang phổ học dao động Bước sóng 10 µm 1 µm Gavin D Reid, University of Leeds, and Klaas Wynne, University of Strathclyde Sự tạo tần số hiệu trong GaSe Bước sóng điều chỉnh theo góc Elsaesser, và các cộng sự., Opt Lett., 23, 861 (1998) Quá trình bậc II khác: Điện -quang Tác dụng điện áp vào tinh thể thay đổi chiết suất của nó và đưa vào lưỡng chiết Nhìn từ một khía cạnh nào đó, đây là sự tạo tần số... đã xuất hiện Hiệu suất SHG Điện trường của hài bậc II là: µ 0ω 2 L E 2ω ( L, t ) = −i P exp(i∆kL 2) sinc( ∆kL 2) 2k Ứng với cường độ bức xạ: I 2ω η0ω 2 ( χ (2) ) 2 ( I ω ) 2 L2 = sinc 2 (∆kL 2) 2 2c0 n3 Chia cho bức xạ đầu vào để thu được hiệu suất SHG: I 2ω 2η 0ω 2 d 2 I ω L2 ω = I c0 2 n 3 Thế vào những số điễn hình: I 2ω ≈ [5 × 10 −8 / W ] I ω L2 Iω Chọn ∆k = 0 d ∝ χ(2), và bao gồm các tham số thêm... −i χ  ∂z v g 3 ∂ t ÷ 2c 2 k3   ở đây: ki = vector sóng của sóng thứ i ∆k = k1 + k2 - k3 vgi = vận tốc nhóm của sóng thứ i Các nghiệm E1 và E2 liên quan đến độ lợi hàm mũ! Quá trình khuếch đại tham số quang là lí tưởng khi dùng các xung siêu ngắn, cường độ cao Hợp pha Chúng ta có thể thay đổi góc của tinh thể theo cách thông thường, hoặc chúng ta có thể thay đổi nhiệt độ tinh thể (bởi vì n phụ thuộc... 0.44 λ0 / L ≈ n′(λ0 ) − 1 n′(λ0 / 2) 2 Tính toán băng thông bằng cách xét GVM thu được kết qu ả tươ ng tự như băng thông hợ p pha! Phương pháp thay thế cho hợp pha: phân cực tuần hoàn Hãy nhớ rằng pha hài bậc II thay đổi sau mỗi độ dài kết hợp khi không đạt được điều kiện hợp pha, nó luôn luôn đúng đối với sự phân cực giống nhau—sự phi tuyến của những cái này cao hơn nhiều Phân cực tuần hoàn giải quyết . Hiệu ứng quang phi tuyến bậc hai Các yếu tố đối xứng Hợp pha trong SHG Băng thông hợp pha Sự không hợp vận tốc nhóm Tinh thể quang phi tuyến Các số thực tế cho SHG Điện quang Sự tạo tần số hiệu. n λ λ ≠ 2 λ λ Sig: tín hiệu Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với BBO Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với tinh thể quang phi tuyến, beta-barium borate (BBO), với các độ dày khác nhau: 10. không hợp pha. Chứng minh bằng thực nghiệm đầu tiên về SHG: dữ liệu Các kết quả được xuất bản thực sự… Hài bậc II Chùm đầu vào Chú ý rằng chấm sáng yếu của sóng hài bậc II bị thiếu. Nó được