激光倍频技术.ppt

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激光倍频技术

光是一种电磁波，在介质中传播时，先将介质内部的电偶极子极化，然后这些电偶极子产生受迫振动，辐射出相应的电磁波。光在介质中的相速度为c/n<c，正是反映了辐射~极化~再辐射的过程。
第一项是线性极化，包括了线性光学的内容。
第三项对应更高的非线性光学效应:THG,SRS,SBS,FWM,...
非线性极化
在介质内部，电磁场E与极化P互为因果，有下面函数关系：
当 时，第二项的作用逐渐增强，即随着电场E的不断增强，偶极子的振动超过了线性区，产生了非线性效应，对应的非线性效应为：SHG，SFG，DFG，OPO…

电偶极矩辐射特点：
θ=0，<s>=0 ; θ=π/2，<s>=Imax
Electric dipole
Brewster low
在介质中，总的极化强度为P=PL+PNL，可分为线性极化PL和非线性极化PNL。 PNL是两个以上光电场E相乘的结果，导致了不同光电场之间出现相互影响，相互作用，相互之间有能量转移，即光波之间有耦合作用。
由Maxwell方程组可以推导出相应的波耦合方程组，对于二阶非线性效应，频率关系为 的光电场有：
一个光电场的变化与其它两个光电场乘积有关，非独立传播。当deff=0时，E1,2,3=const，独立传播，无吸收。

波耦合作用

倍频的产生,（光泵浦激光器的“短波瓶颈”,Einstein系数关系）
E(ω)~E(2ω)

激光倍频技术也称为二次谐波（SHG）技术，是最先在实验上发现的非线性光学效应。1961年由Franken等人进行的红宝石激光倍频的实验，标志着对非线性光学进行广泛实验和理论研究的开端。激光倍频是将激光向短波长方向变换的主要方法，已达到实用化的程度，并且有商品化的器件和装置，目前获得非常广泛的应用。

相位匹配条件及其意义
相位匹配条件的物理意义

折射率曲面
从原点O引矢径方向与K平行，取矢径长度r=n，n为与K对应的光波的折射率值，所有r端点连成折射率曲面。由于对应一个K有两个折射率，因此沿同一矢径对应两个矢径长度，因此折射率曲面是双层面，与折射率椭球不同。
对于负单轴晶体有：

相位匹配要求nω=n2ω，由于色散的存在，nω一般不等于n2ω。
01
对于各向异性晶体，由于存在双折射，不同偏振态的光电场对应的折射率也不相同。
02
在某个方向上，可以使色散与双折射互相抵消，实现nω=n2ω。
03
角度相位匹配