Bài thuyết trình Sự phát sóng hài bậc 2 nêu lên hiệu ứng quang học phi tuyến, phương trình sóng phi tuyến, lý thuyết tán xạ của quang phi tuyến, hiệu ứng quang phi tuyến bậc 2, sự điều biến quang và một số nội dung khác.
Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Thị Quỳnh Anh Sinh viên thực hiện: Đoàn Quốc Huy (0513078) Nguyễn Thanh Hoàng (0513075) Hiệu ứng quang học phi tuyến Nguyên lý chồng chất: LỊCH SỬ QUANG HỌC n E Ei i Tất môi trƣờng quang học tuyến tính n: chiết suất mơi trƣờng α: hệ số hấp thu Tại I lớn, mơi trƣờng thể tính chất phi tuyến n, α ¢ I Nguyên lý chồng chất n, α Є I Nguyên lý chồng chất λ = const λ1 ←0→ λ2: ánh sáng điều khiển ánh sáng λ ≠ const λ1↔ λ2: ánh sáng điều khiển ánh sáng … 1960 QUANG TUYẾN TÍNH I: cƣờng độ á.sáng λ: bƣớc sóng á.sáng QUANG PHI TUYẾN TÍNH TUYẾN TÍNH TÍNH PHI TUYẾN Tính chất mơi trƣờng thơng qua việc ánh sáng lan truyền tính chất ánh sáng Không gian tự Ánh sáng Ánh sáng Môi trƣờng Trƣờng tác động Trƣờng quang học khác Môi trƣờng Độ phân cực môi trƣờng Chất điện mơi chƣa có trƣờng ngồi tác động -q - + pl q.l N P pl QUANG TUYẾN TÍNH i E nhỏ, (i >2) ≈ P tuyến tính với E q Moment dipole P Độ phân cực mơi trƣờng Chất điện mơi có trƣờng tác động N N P pl f E P i i E ε0: số điện môi không gian tự χ: độ tự cảm; 2d, 4χ(3): hệ số phi tuyến bậc 2, Thay: a1; d P E a1 E a2 ; 2dE2 a3 24 E i a1E i! a3 E diP : Đạo hàm cấp i P theo E dEi E = QUANG PHI TUYẾN E lớn, (1 ≤ i ≤3) có giá trị đáng kể, (i > 3) ≈ P E3 a2 E 2 a1E a2 E 2 a3 E Phƣơng trình sóng phi tuyến PHƢƠNG TRÌNH SĨNG Ánh sáng Phƣơng trình Maxwell mơi trƣờng điện môi đồng THAY P n2 E 2dE2 co o o c co n E3 E E E t2 o P t2 PNL Số hạng E’ đóng vai trò nhƣ nguồn phát xạ môi trƣờng tuyến E tính chiết suất n PNL = fpt(E) E’ = fpt(E) phƣơng trình đạo hàm riêng phi tuyến E' theo E Gần Born (the Born approximation) cách giải gần co2 co2 o E t PNL t2 Lý thuyết sóng cặp (A couple wave theory) E ' Phƣơng trình sóng mơi trƣờng phi tuyến Lý thuyết tán xạ Quang phi tuyến: Gần Born Trƣờng quang học Eo Môi trƣờng phi tuyến Trƣờng phát xạ E1 Eo → Môi trƣờng phi tuyến → E’(Eo) → E1 E1 → Môi trƣờng phi tuyến → E’(E1) → E2 … En → Môi trƣờng phi tuyến → E’(En) → En+1 Nguồn phát xạ E’(Eo) Trƣờng tới bị tán xạ mơi trƣờng Q trình tán xạ E' o PNL t2 Ánh sáng tán xạ đƣợc xác định từ ánh sáng tới thông qua bƣớc: Trƣờng tới Eo đƣợc dùng để xác định độ phân cực phi tuyến PNL Xác định nguồn phát xạ E’ Trƣờng phát xạ/tán xạ E1 xác định từ nguồn phát xạ cách tổng hợp sóng cầu phát từ nguồn điểm khác Hiệu ứng quang phi tuyến bậc Khảo sát tính chất quang mơi trƣờng phi tuyến bỏ qua số hạng phi tuyến lớn bậc 2dE PNL E3 Sự phát sóng hài bậc Điện trƣờng điều hòa tần số góc ω Mơi trƣờng phi tuyến Liên hệ tần số góc bƣớc sóng co Biểu thức điện trƣờng: Et P PNL PNL E E(t) t exp j t E(ω): biên độ phức o Trong đó: Re E Độ phân cực phi tuyến: dE dE PNL(t) E* PNL E t PNL dc Re PNL t exp j t Sóng hài bậc Độ phân cực phi tuyến PNL(t) tạo thành phẩn: Sóng hài bậc tần số 2ω thành phần cố định (dc) t PNL PNL PNL E* dE PNL Re PNL dE E Thành phần tần số 2ω exp j t E' t o Nguồn phát E’(t) PNL t2 S2 Gọi I cƣờng độ trƣờng sóng tới: o n : trở kháng môi trƣờng I o o P max A Tinh thể KDP dE E 2 ~ d 2I : trở kháng không gian tự Trong đó: Hiệu suất phát sóng hài bậc ~ I Laser Ruby 694nm (đỏ) ω o Cƣờng độ sóng hài bậc phát ra: I '~ S 377 E 1/ o Biên độ phức 2ω 347nm (UV) P A P: công suất tới A: diện tích tiết diện nhận sóng Sóng tới có cơng suất lớn tập trung vào điểm nhỏ môi trƣờng phi tuyến Laser Nd3+YAG 1.06μm (IR) ω 530nm (lục) 780nm (IR) ω 2ω Sợi quang silica pha tạp Ge-&P- 2ω 390nm (tím) Sự điều biến quang (Optical Rectification) PNL PNL Re PNL exp j t Tụ điện Thành phần PNL(0) tƣơng ứng với độ phân cực cố định (không thay đổi theo thời gian) Điện DC Phát sinh điện DC Mơi trƣờng phi tuyến Thí dụ: Một trƣờng quang học dạng xung có cơng suất vài MW sản sinh điện vài trăm μV Sự điều biến quang Một phần lƣợng quang tới môi trƣờng phi tuyến chuyển sang lƣợng điện DC ... tuyến bậc 2, Thay: a1; d P E a1 E a2 ; 2dE2 a3 24 E i a1E i! a3 E diP : Đạo hàm cấp i P theo E dEi E = QUANG PHI TUYẾN E lớn, (1 ≤ i ≤3) có giá trị đáng kể, (i > 3) ≈ P E3 a2 E 2 a1E a2 E 2 a3... Phƣơng trình sóng phi tuyến PHƢƠNG TRÌNH SĨNG Ánh sáng Phƣơng trình Maxwell mơi trƣờng điện môi đồng THAY P n2 E 2dE2 co o o c co n E3 E E E t2 o P t2 PNL Số hạng E’ đóng vai trò nhƣ nguồn phát. .. j t Sóng hài bậc Độ phân cực phi tuyến PNL(t) tạo thành phẩn: Sóng hài bậc tần số 2 thành phần cố định (dc) t PNL PNL PNL E* dE PNL Re PNL dE E Thành phần tần số 2 exp j t E' t o Nguồn phát