光电子技术 综合PPT.ppt

光电子技术 22 连续工作模式：MCP上加连续高电压 时间分辨工作模式：MCP上加不同延迟时间的高压脉冲电压，脉冲 宽度通常约3~5ns，电压幅度几千伏。同步信号通常由激发光给 出。此同步信号触发高压脉冲发生器中的延迟器，延迟预设置的 延迟时间后，给出触发信号触发高压信号发生器，产生3~5ns的 高压脉冲，施加在MCP上，使光谱信号通过MCP增强，并曝光CCD。 通过调节延迟器的不同延迟量，就能时间分别测量整个光谱随时间 的演化过程。如图115a所示. 应用：纳秒时间分辨光谱测量。 光电子技术 22 第六章 非线性光学频率转换技术 属于非线性光学研究内容，是二阶非线性光学效应。 §6.1 概述 一、线性与非线性光学 线性光学研究线性光学现象，即物质的响应与光的场强成线性关系。 表征线性光学效应的参数与光场无关。如线性吸收系数，反射系数。 非线性光学研究高阶非线性光学现象，即物质的响应与光的场强成 非线性关系。此时，通常的线性光学参数中包含与光的场强有关的 项。非线性现象只能在强场中出现，所以，非线性光学是在激光出 现后诞生的。 倍频与参量属于二阶效应，是最低阶非线性光学效应。 光电子技术 22 二、介质的极化 极化狭义上指原子的外层电子云受到外电场作用发生畸变，使得负 电荷中心偏离原子核。这样就产生了偶极子，存在偶极矩。极化的 强弱（大小）用偶极矩度量。 极化广义上指在外电场作用下，正、负电何中心发生相对位移。引 起偶极矩变化。 1、线性极化 物质系统的极化用系统中单位体积内的所有偶极矩的矢量和表示， 称为极化强度。通常用符号P表示。 线性极化指极化强度正比于电场的一次方： 光电子技术 22 如果极化场是交变电场，如光波，偶极子就随外电场做同频率振荡， 并辐射同频率的极化波。 2、非线性极化 指极化强度中包含极化场强的高阶项，即： 或 通常 所以，高阶非线性效应只能在强场下显示出来。在激光出现之前非 线性光学效应观察不到。 光电子技术 22 由于极化强度随场强非线性变化，当场强为频率?的谐波振荡时， 极化强度P也具有?的振荡频率，但不是谐波振荡。根据付里叶级 数理论， 频率?的周期振荡，包含n?的各次谐波。所以，非线性极 化能辐射高次极化谐波。 3、非线性频率转换的物理起因 §6.2 二次非线性光学效应 对各向同性介质，二阶极化强度随电场的平方变化，表示为： ? 2 称为二阶极化率。 一、二阶极化率 光电子技术 22 二、三阶极化率张量与二阶非线性系数 对于各向异性介质，二阶极化强度表示为： [?ijk]称为三阶极化率张量 由于P为E的偶函数，所以，当E改变为-E时，P不变，所以，若介质 为具有中心反演对称结构的物质，? 2 也不随外电场方向变化，结果 P不随外电场变化，所以，不具有二阶非线性效应。换句话说，二阶 非线性介质必须是非中心反演对称结构的。 由于晶体的对称性，j、k指标可以互换，即?ijk ?ikj，所以三阶极化 率张量[?ijk]中只有18个独立元素。三阶张量简化为18个元素的二阶 矩阵[dil]。对应关系为： 光电子技术 22 变换后，二阶极化强度表示为： 上式中dij称为非线性系数 三、非线性波耦合方程 一般情况下，作用在非线性介质上的电场可以是多个的迭加，迭加 复习要点 1、光学多道分析器（OMA）的结构，工作原理？光谱定标和强度 定标指什么？ 2、ICCD系统的时间分辨测量原理？ 3、非线性光学指什么？具有中心反演对称结构的介质为何不具有 二阶非线性效应？ 作业二十二 2、具有中心反演对称结构的介质为何不具有二阶非线性效应？ 1、OMA的结构，ICCD的时间分辨测量原理？ 光电子技术 23 变换后，二阶极化强度表示为： 上式中dij称为非线性系数 三、非线性波耦合方程 一般情况下，作用在非线性介质上的电场可以是多个的迭加，迭加 光电子技术 23 电场与介质的二阶非线性系数作用后，产生新的频率电磁波。所 以，在介质中存在多个电磁波。它们间的能量耦合可以通过麦克 斯韦方程组-多波耦合方程描述。 1、非线性介质中的麦克斯韦方程 设非线性介质为非铁磁、非导电性的，即? 1，? 0，则麦克斯韦 方程为： 组合三式，并利用： 得： 光电子技术 23 （A）式就是电磁波与介质非线性作用的一般方程，与线性作用的 差别就表现在多了最后一个非线性极化项。 2、二阶非线性过程的三波耦合 设在非线性介质中传播的三个平面电磁波分别为： 则作用在非线性介质上的总电场为： 光电子技术 23 将总电场代入（A）式，进行复杂的推导，并利用慢变化近似： 最后可得耦合波方程： 光电子技术 23 上式为研究二阶非线性过程的基本方程，其物理意义为： （1）由于表征二阶非线性效应的参数d很小，多波之间的耦合只有 在强电场下