Giới thiệu quang học phi tuyến

2. Giới thiệu quang học phi tuyến Nguyễn Thanh Lâm www.mientayvn.com Email: thanhlam1910_2006@yahoo.com

3. Nội dung • Giới thiệu • Bản chất của quang phi tuyến • Những hiện tượng phi tuyến bậc hai • Những hiện tượng phi tuyến bậc ba • Vật liệu quang phi tuyến • Ứng dụng của quang phi tuyến

4. NLO sample ra vào Giới thiệu Câu hỏi: Có thể thay đổi màu của ánh sáng đơn sắc không? Trả lời: Không nếu không có ánh sáng Laser

5. Phát xạ cảm ứng, MASER và LASER • (1916) Khái niệm phát xạ cảm ứng Albert Einstein • (1928) Quan sát thấy hiện tượng hấp thụ âm hoặc phát xạ cảm ứng gần bước sóng cộng hưởng, Rudolf Walther Ladenburg • (1930) Không cần hệ vật lí luôn luôn ở trạng thái cân bằng nhiệt, Artur L. Schawlow

6. E2 E2 E2 E1 E1 E1 Hấp thụ Phát xạ tự phát Phát xạ cảm ứng

7. Khuếch đại ánh sáng (sóng cực ngắn) bằng sự phát bức xạ cảm ứng LASER (MASER)

8. Maser Có 2 nhóm nghiên cứu về Maser vào những năm 50 • AlexanderM. Prokhorov và Nikolai G. Bassov (viện Lebedev ở Matxcova) • Charles H. Townes, James P. Gordon và Herbert J. Zeiger (đại họcColombia)

9. Trái sang phải: Prokhorov, Townes và Basov tại viện Lebede (Giải Nobel năm 1964 Nobel vật lí cho sự xây dựng “Nguyên lí Maser-Laser”)

10. Townes (trái) và Gordon (phải) và maser amoniac do họ tạo ra tại đại học Colombia

11. LASER • (1951) V. A. Fabrikant“A method for the application of electromagnetic radiation (ultraviolet, visible, infrared, and radio waves)” patented in Soviet Union. • (1958) Townes and Arthur L. Schawlow, “Infrared and Optical Masers,” Physical Review • (1958) Gordon Gould definition of “Laser” as “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” • (1960) Schawlow and Townes U. S. Patent No. 2,929,922 • (1960) Theodore Maiman Invention of the first Ruby Laser • (1960) Ali Javan The first He-Ne Laser

12. Maiman và Laser ruby đầu tiên

13. Ali Javan và Laser He-Ne đầu tiên

14. Tính chất của chùm Laser Một chùm Laser • có cường độ lớn • Có tính kết hợp • Có sự phân kì thấp • Có thể được nén trong khoảng thời gian vài femto giây

15. Ứng dụng của Laser • (Những năm 1960) “Lời giải đang tìm cho một vấn đề” • (Hiện tại) Y học, Nghiên cứu, Siêu thị, Giải trí, công nghiệp, Quân sự, Truyền thông, Nghệ thuật, Công nghệ thông tin, …

16. Sự khởi đầu của quang phi tuyến Quang phi tuyến được mở đầu bằng phát minh về sự tạo sóng hài bậc hai một thời gian ngắn sau khi Laser ra đời. (Peter Frankenvà các cộng sự 1961)

17. 2. Bản chất của quang phi tuyến Khi cường độ của ánh sáng tới môi trường vật chất tăng, đáp ứng của môi trường không còn tuyến tính nữa Đầu ra Cường độ đầu vào

18. Đáp ứng của môi trường quang học Đáp ứng của môi trường quang học với trường điện từ tới là các momen lưỡng cực cảm ứng trong môi trường

19. Độ cảm phi tuyến Momen lưỡng cực trên một đơn vị thể tích hoặc độ phân cực Dạng tổng quát của độ phân cực

20. Độ phân cực phi tuyến • Độ phân cực cố định • Độ phân cực bậc nhất: • Độ phân cực bậc hai • Độ phân cực bậc ba

21. e a0 N Sự phi tuyến quang học xuất hiện như thế nào Cường độ trường điện của sóng ánh sáng phải vào cỡ trường điện nguyên tử

22. Tương tác quang phi tuyến • Điện trường của chùm Laser • Độ phân cực phi tuyến bậc hai

23. Sự phi tuyến bậc hai • Trường ánh sáng tới • Độ phân cực phi tuyến chứa những số hạng sau

24. Sự tạo tần số tổng Ứng dụng: Điều chỉnh bức xạ trong vùng phổ tử ngoại.

25. Ứng dụng: Photon tần số thấp, khuếch đại trong sự hiện diện của photon tần số cao . Quá trình này được gọi là khuếch đại tham số. Sự tạo tần số phách

26. Sự kết hợp pha • Bởi vì môi trường quang học (hoặc quang phi tuyến) • có tính tán sắc, tín hiệu cơ bản và tín hiệu hài có vận • tốc truyền khác nhau bên trong môi trường. • Tín hiệu sóng hài được tạo ra tại những điểm khác nhau • giao thoa tăng cường lẫn nhau.

27. Thí nghiệm tạo sóng hài bậc hai • Chúng ta có thể dùng buồng cộng hưởng để tăng hiệu suất của quá trình tạo sóng hài bậc hai.

29. Sự phi tuyến bậc ba • Khi dạng tổng quát của trường điện tới có dạng sau, • Độ cảm bậc ba sẽ có 22 thành phần và sự phụ thuộc tần số của chúng là

30. Chiết suất phụ thuộc cường độ • Trường quang học tới • Độ phân cực phi tuyến bậc ba

31. Độ phân cực toàn phần có thể được viết là Người ta có thể định nghĩa một độ cảm hiệu dụng Chiết suất có thể được định nghĩa theo cách thông thường

32. Bằng cách định nghĩa ở đây

33. Giá trị chiết suất phi tuyến điễn hình

34. Độ cảm phi tuyến bậc 3 của một số vật liệu

35. Những quá trình phát sinh do chiết suất phụ thuộc cường độ • Tự hội tụ và tự lệch tiêu • Trộn sóng • Trộn 4 sóng suy biến và liên hợp pha quang học

36. Tự hội tụ và tự lệch tiêu • Chùm Laser có dạng cường độ tuân theo phân bố Gauss. Nó có thể cảm ứng dạng chiết suất phân bố Gauss bên trong mẫu quang phi tuyến.

37. Sự trộn sóng

38. PCM M PCM s M Liên hợp pha quang học • Gương liên hợp pha

39. PCM Môi trường gây lệch Môi trường gây lệch PCM s Điều chỉnh độ lệch bằng PCM

40. Liên hợp pha quang học là gì Sóng tín hiệu Sóng liên hợp pha

41. A1 A2 A3 A4 Trộn 4 sóng suy biến (DFWM) • Tất cả 3 chùm tia tới A1, A2 và A3 nên được xuất phát từ một nguồn kết hợp. • Chùm thứ 4 A4, sẽ có pha, độ phân cực, và hướng truyền giống như A3. • Cường độ của A4 có thể lớn hơn A3

42. Cơ sở toán học 4 sóng tương tác Sự phân cực phi tuyến Dạng tương tự như liên hợp phacủa A3

43. A1 A2 A3 A4 Giải thích toàn kí DFWM Nhiễu xạ Bragg từ những cách tử cảm ứng động