1 / 121

HIỆU ỨNG QUANG HỌC PHI TUYẾN

HIỆU ỨNG QUANG HỌC PHI TUYẾN. Lưu lại thông tin cần thiết :. Địa chỉ bạn đã tải : http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html. Nơi bạn có thể thảo luận: http://myyagy.com/mientay/. Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí :

artie
Download Presentation

HIỆU ỨNG QUANG HỌC PHI TUYẾN

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. HIỆU ỨNG QUANG HỌC PHI TUYẾN

  2. Lưulạithông tin cầnthiết: Địachỉbạnđãtải: http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html Nơi bạn có thể thảo luận: http://myyagy.com/mientay/ Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí: http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html Dự án dịch học liệu mở: http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html Liên hệ với người quản lí trang web: Yahoo: thanhlam1910_2006@yahoo.com Gmail: frbwrthes@gmail.com

  3. Mục Lục • Chương 1: Mở đầu • Chương 2: Hiệu Ứng quang điện trong tinh thể • Chương 3: Những k/n cơ bản - SHG • Chương 4: Khuyếch đại và dao động thông số • Chương 5: Các hiệu ứng quang phi tuyến bậc cao • Chương 6: Hiệu ứng tán xạ kích thích Mandelstam-Brillouin

  4. Chương I MỞ ĐẦU 1.1Quang phi tuyến và vai trò của cường độ á.s. Trước 1960, quang học chỉ là quang học tuyến tính, trong đó cường độ á.s.không ảnh hưởng đến các hiện tượng quang học. Giả thiết này dẫn đến những kết quả sau: • Chiết suất, hệ số hấp thụ của môi trường,…không phụ thuộc vào cường độ á.s. • Nguyên lý chồng chất á.s. được nghiệm đúng • Tần số á.s. không thay đổi khi nó truyền qua môi trường • Á.s không thể tương tác với á.s.

  5. Năm 1960 (laser ra đời): có nguồn sáng có cường độ rất lớn. Các hiệu ứng quang học phi tuyến xuất hiện qua một số hiện tượng quan sát được. • Chiết suất (vận tốc của ás) trong môi trường quang học thay đổi theo cường độ á.s. • Nguyên lý chồng chất bị vi phạm • Tần số của á.s có thể thay đổi khi truyền qua môi trường phi tuyến • As có thể tương tác với á.s (dẫn tới điều khiển)

  6. Các đặc tính quang học của một môi trường khi có á.s truyền qua được mô tả đầy đủ bởi liên hệ giữa vectơ mật độ phân cực P(r,t) và vectơ cđộ điện trường E(r,t) của á.s • Mt tuyến tính • Mt phi tuyến

  7. Tóm lại • Quang tuyến tính hay phi tuyến là một đặc tính của môi trường vật chất khi có ás truyền qua, không phải là tính chất riêng của ás. • Hiện tượng phi tuyến chỉ xảy ra khi cường độ của chùm sáng đủ lớn • Tính chất phi tuyến sẽ không xuất hiện khi ás truyền trong chân không

  8. Quang phi tuyến là ngành học nghiên cứu sự tương tác của a’s với vật chất khi các phản ứng của môi trường vật chất phụ thuộc phi tuyến theo cường độ của a’s chiếu vào.

  9. 1.2 Những đặc trưng cơ bản của ás trong quang tuyến tính Ás là sóng điện từ được đặc trưng bởi tần số và sự phân cực. Vd: sóng phẳng đơn sắc truyền theo trục z được biểu diễn bằng biểu thức Cường độ á.s

  10. 1.3 Một số hiệu ứng đặc trưng của Quang phi tuyến • Tần số á.s có thể biến đổi khi nó truyền qua môi trường (SHG, THG, SFG, DFG, tán xạ Raman, B-M…) • Chùm á.s song song khi truyền qua môi trường thích hợp có thể hội tụ (sự tự tụ tiêu) • Sự tự điều biến pha, khuếch đại quang • Làm tối hay làm sáng môi trường • Làm biến mất giới hạn quang điện của môi trường,…

  11. Sum-Frequency Spectroscopy

  12. Bt. Xác định cường độ á.s (W/cm2) để: • 1. tỉ số của số hạng thứ hai và số hạng thứ nhất trong biểu thức của độ phân cực P(E) là 1% đối với tinh thể KDP (KH2PO4) có chiết suất n = 1,5 và d = 6,8.10-24 (MKS) ở bước sóng 1064nm. • 2. tỉ số của số hạng thứ ba và số hạng thứ nhất trong biểu thức của độ phân cực P(E) là 2% đối với tinh thể CS2 n=1,6 ; d=0; và (MKS) ở bước sóng

  13. Tài Liệu Tham Khảo • Trần Tuấn, Quang phi tuyến, Giáotrình Cao học, NXB ĐHQG TpHCM, 2002. • A.Yariv, Quantum Electronics, John Wiley & sons Inc, Newyork-London, 1988. • B.E.A.Saleh & M.C.T. Fundamentals of Photonics. • N. Bloembergen, Nolinear Optics, Benjamin Inc, Newyork-Amsterdam, 1977. • Y.R.Shen, The Principles Nonlinear Optics, John Wiley & sons, 1998.

  14. Chương II: Hiệu ứng quang điện trong tinh thể 2.1. Sự truyền sóng đtừ trong tinh thể • Tinh thể dị hướng: Dk = εklEl ; k,l = x,y,z (2.1.1) • Mật độ năng lượng điện: • e = ½ (E.D) = ½ (Ek εklEl) (2.1.2) • Đ/v tinh thể: εkl = εlk (2.1.3)

  15. Biến đổi hệ trục tọa độ sao cho: 2e = εxE2x + εyE2y + εzE2z (2.1.5) • Các trục tọa độ thỏa mãn (2.1.5) được gọi là các trục chính của tinh thể. • Trong hệ trục chính, tenxơ εkl có dạng: • (2.1.6)

  16. Kết hợp (2.1.5) & (2.1.6): • (2.1.7) • (2.1.7) là Pt ellipsoid • Dùng hệ pt Maxwell và công thức biến đổi => khi as truyền qua môi trường dị hướng: có thể có hai hướng phân cực thẳng lan truyền độc lập. • Vectơ phân cực của hai sóng đó trực giao với nhau

  17. Tóm lại: • Một tinh thể dị hướng chỉ có thể cho truyền qua các sóng phân cực thẳng theo 1 trong 2 hướng vuông góc với nhau (và vuông góc với phương truyền) • Nói chung các sóng này sẽ truyền với vận tốc khác nhau (chiết suất khác nhau). • Hướng truyền của năng lượngkhông vuông góc với mặt sóng.

  18. 2.2. Đặc tuyến quang học: ellipsoid chiết suất • Tương đương pt: • (2.2.1) • Là pt ellipsoid có các trục chính trùng với các trục tọa độ x,y,z.

  19. Có 3 trường hợp: • A. nx= ny = nz = n : môi trường đẳng hướng • B. nx≠ ny≠ nz : Mtrường điện môi 2 trục • C. nx= ny≠ nz : Mtrường điện môi 1 trục (ellipsoid có 1 trục đối xứng Oz) Áp dụng để tìm hai hướng phân cực và chiết suất tương ứng

  20. 2.3 Sự truyền sóng trong tinh thể đơn trục • Tinh thể đơn trục (lưỡng chiết) • Hệ phương trình: • Dùng để xác định chiết suất của tinh thể đối với hướng truyền tương ứng

  21. Hiệu ứng quang điện (electro-optic) bậc nhất – hiệu ứng Pockels: • Khi có điện trường áp vào tinh thể => sự lan truyền của as sẽ thay đổi • Chiết suất của môi trường phụ thuộc E • Nếu n(E) = n – (½)حn3E => h/ư Pockels • Nếu n(E) = n – (½)حn3E2 => h/ư Kerr • ح: hệ số Pockels (10-12 – 10-10 m/V)

  22. Khi đó hướng phân cực được phép bị quay một góc θ • Dùng phương pháp đổi trục để tìm các trục tọa độ chính mới.

  23. 2.5 Sự trễ quang điện • Trong tinh thể dị hướng có hai mode phân cực vuông góc truyền với vận tốc khác nhau co/n1 và co/n2 . Nếu môi trường là vật liệu Pockels ( tế bào Pockels), thì khi có điện trường áp vào, chiết suất bị thay đổi một lượng: n1(E) = n1 – (½)ح1n13E • Và n2(E) = n2 – (½)ح2n23E • ح1≠ ح2 : sau khi truyền một đoạn L, 2 mode trễ pha

  24. Độ trễ pha: • Trong đó V = EL • Có thể đặt • Trong đó

  25. 2.6. Sự biến điệu biên độ as • Đặt vào tế bào Pockels một hiệu điện thế V • Trước và sau tế bào có hai tấm phân cực lệch nhau một góc 90o • Khi V = 0 => Г = 0: Ex’ và Ey’ cùng pha => không đổi hướng phân cực, bản cực sau không cho as truyền qua • Khi V = Vπ =>Г = 90o phân cực quay 90o => cho qua hoàn toàn

  26. Khi V có giá trị bất kỳ từ 0 đến 90o bản cực sau cho as đi qua một phần => biến điệu biên độ của as • 2.7. Sự biến điệu pha • Khi chùm as truyền qua tế bào Pockels có chiều dài L, có điện trường áp vào E, pha của chùm sáng ở mặt ra bị lệch so với mặt vào

  27. Chương III: Những khái niệm cơ bản về Quang phi tuyến - SHG 3.1 Sự phân cực điện môi trong trường Điện từ • 3.1.1 Hệ phương trình Maxwell trong môi trường phi tuyến

  28. Hệ phương trình vật chất • Độ phân cực vĩ mô của môi trường

  29. 3.1.2 Mẫu dao động điện tử phi tuyến • Pt chuyển động của e trong nguyên tử dưới tác dụng của điện trường • eE là lực do điện trường của á.s t/d lên e • là lực do các hạt nhân t/d lên e, tương đương lực đàn hồi, liên kết thế năng: V(x) = ½(m02x2)

  30. Đối với tinh thể bất đối xứng, thế năng của e trong tinh thể có dạng • Khai triển thế năng V(x) theo chuỗi Taylor:

  31. Lực thế F tương ứng có dạng: • Phương trình chuyển động của e:

  32. Lời giải nhiễu loạn của pt dao động phi tuyến • Thông thường 3(A/m)x2 << • Số hạng phi tuyến chỉ đáng kể khi x (độ dịch chuyển của điện tử) đủ lớn, tức là cường độ điện trường áp vào đủ lớn. • Khảo sát pt dđ đt phi tuyến • Trong đó và

  33. Số hạng là nhỏ, có thể xem là nhiễu loạn nhỏ của pt tuyến tính. Gọi là gần đúng bậc nhất của x, ta có: • Lời giải có dạng • Lời giải gần đúng hơn của x(t) gọi là

  34. Lời giải gần đúng hơn của x(t) gọi là nhận được từ pt • Ta có • Từ pt trên trở thành

  35. Từ pt trên trở thành • Lời giải của pt là • Nếu viết điện trường dưới dạng phức:

  36. Pt có dạng • Tương tự, ta có lời giải:

  37. Trong đó:

  38. 3.1.3. Độ phân cực phi tuyến • Độ phân cực P của moment lưỡng cực trên một đơn vị thể tích: P = Nex Với độ phân cực tương ứng là

  39. So sánh với (2.2.9), ta có: (2.3.3) • Do đó (2.2.12) có dạng: • (2.3.4a) • (2.3.4b) • (2.3.4c)

  40. Do đó độ phân cực trở thành: • Trong đó:

  41. 3.2. Sự tương tác phi tuyến của trường điện từ • Từ pt Maxwell: • Trong đó, độ phân cực P có số hạng phi tuyến bậc hai tác động như một nguồn phát xạ sóng có tần số 2 . Điện trường của sóng này có thể viết dưới dạng: • Với và

  42. Giả sử E2(z) biến đổi chậm theo trục z, ta có thể bỏ qua đạo hàm bậc hai của E2 (z), khi đó: • Mặt khác: • Thay vào pt Maxwell, rút gọn và tách thành các pt riêng cho mỗi tần số ta được hệ 2 pt

  43. Pt đối với tần số 2 có dạng: • Với là hệ số phi tuyến bậc hai • Và giả sử E giảm không đáng kể (=hằng), tích phân * ta có:

  44. Trong đó • Nên

More Related