第三章晶体在外场作用下的光学性质概述.pptVIP

浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 3. Kerr效应 反射效应：在磁光晶体表面反射时，反射光相对于入射光产生非互易性旋转，如线偏振光可由Kerr效应成为椭圆偏振反射光。 根据入射光与磁场方向的关系可以分为：极向Kerr效应，纵向Kerr效应，横向Kerr效应 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 3.6非线性光学效应 1961年红宝石激光(λ=694.3nm)入射到石英晶体，观察到347.2nm的紫外光，第一次观察到二次谐波发生(SHG),是一种光学非线性效应。 二阶光学非线性效应、三阶光学非线性效应；和频、差频、倍频、n阶谐波发生；光学整流,参量振荡等多种效应。 集成光学器件的尺寸、结构特性决定了该类器件比块状材料更容易满足非线性效应所需的光功率密度及相位匹配条件。 “线性化使物理学的规律看起来显得很优美，然而非线性却使物理学充满了使人兴奋的内容” 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 1.线性光学效应 晶体中线性光学性质：在光电场E(ω)作用下,晶体中的电极化强度P与电场E之间的关系是线性的，即: 线性介质中，电子受到的恢复力是简谐性的，电子极化产生的位移和介质的电极化强度都和光电场成线性关系。 如果E(ω)为正弦波，极化波也是正弦波。因此以某确定的频率ω的光照射介质，不论反射，折射，透射都是相同频率的光。 简谐振子模型 具有频率为±ω1和±ω2的傅里叶分量的外加场 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 2.光学非线性极化 非线性光学理论认为振子是 非简谐的，介质是由非简谐振子的集合组成 ： 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 2.光学非线性极化 介质总的极化强度为： 其中的二阶非线性极化的表达式： 三阶非线性极化的表达式： 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 3.光学非线性极化率 [ ]（二阶非线性光学极化率）为三阶张量，一般来说，应该有27个分量，但由于作用于介质的两个光电场先后次序对极化强度P(2)无影响，所以[ ]的后两个下标具有对称性，因而可以将[ ]表为矩阵形式（ ），式中i=1,2,3,n=1,2…6,从而只有18个分量 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 非线性阶数 光学非线性效应 n n次谐波产生，nth harmonic generation (NHG) 2 光学整流, Rectification 2 和频与差频发生, Sum- and difference- frequency generation 2 拉曼散射, Raman scattering 2 布里渊散射, Brillouin scattering n n-光子吸收(多光子吸收), n- photon absorption 2，3 强度相关折射(非线性折射), Intensity-dependent refraction 2 光学参量振荡, Optical parametric oscillation (OPO) 3 相位共轭, Phase conjugation 2 诱导失透, induced opacity 2 诱导反射, induced reflectivity n-1 n波混频(如四波混频FWM), n-Wave mixing 4.光学非线性效应及其应用 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 5.光参量放大与振荡Optical parametric oscillation (OPO) 是一种二阶非线性光学效应。 强泵浦光ωp,弱信号光ωs， ωp ωs,差频效应产生ωi=ωp-ωs(ωi称为空载频率）的极化波 再次混频，由于差频效应产生ωp-ωi= ωp-(ωp-ωs)= ωs的极化波 最后产生的ωs如果与最初的信号光ωs位相匹配，则原始的信号光通过这样的光学非线性过程得到放大，称为光参量放大。 将非线性介质放入光学谐振腔中，泵浦光提供的增益超过ωs和ωi的腔体损耗时，产生振荡，即为光参量振荡OPO。 光学参量振荡可以用来获得可调谐的激光输出。 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * 5.光参量放大与振荡Optical parametric oscillation (OPO) 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章 * An All-Silicon Passive Optical Diode 光学非线性效应 非互易器件 NF;notch filter ADF: add-drop filter 85nW, 互易器件 85?W，非互易器件 浙江大学光电信息系 集成光电子器件及设计 第三章