Quang phi tuyến - Các hiệu ứng phi tuyến bậc II

Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với BBO Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với tinh thể quang phi tuyến, beta-barium borate BBO, với các độ dày khác nhau: Chú ý rằng có sự khác bi

Hiệu ứng quang phi tuyến bậc hai

Đối xứng trong sự tạo sóng hài bậc II

i u này úng,

Để đ ề đ χ(2) ph i b ng 0 ả ằ đố ới v i môi trườ ng có đố ứi x ng tâm a s các v t li u có Đ ố ậ ệ đố ứi x ng tâm, vì v y b n không th y SHGậ ạ ấ

—ho c b t c hi u ng quang phi tuy n b c ch n nào khác—hàng ặ ấ ứ ệ ứ ế ậ ẵ

− Esig(x,t) ∝ χ(2) [ − E (x,t) ]2 = χ(2)E (x,t)2 = Esig(x,t)

Sig: tín hiệu

Hợp pha trong sự tạo sóng hài bậc II

H p pha nh hợ ả ưởng đến SHG nh th nào? ó là m t nh ư ế Đ ộ ả

hưởng l n, m t lí do khác khi n cho b n không th y SHG—ớ ộ ế ạ ấ

ho c b t c hi u ng quang phi tuy n ch n nào khác – hàng ặ ấ ứ ệ ứ ế ẵ

ngày

Chứng minh thực nghiệm đầu tiên về sự tạo sóng hài bậc II

P.A Franken, và các cộng sự, Physical Review Letters 7, p 118 (1961)

Chùm sóng hài rất yếu bởi vì quá trình không hợp pha

Chứng minh bằng thực nghiệm đầu tiên về SHG: dữ liệu

Các kết quả được xuất bản thực sự…

Hài bậc II Chùm đầu vào

Chú ý rằng chấm sáng yếu của sóng hài bậc II bị thiếu Nó được xóa đi bởi một biên tập viên hơi tích cực của Physical Review Letters, vì anh ta nghĩ nó là một hạt bụi

Sự phụ thuộc dạng sin của cường độ SHG vào chiều dài tinh thể

∆ k l n ớ ∆ k nh ỏ

Cường độ SHG đạ ự đạt c c i rõ nét nh t khi ấ ∆k = 0

sig sig sig

V t li u lậ ệ ưỡng chi t có chi t su t khác nhau ế ế ấ đố ớ ựi v i s phân c c khác nhau ự

Chi t su t ế ấ thường và bất thường có th khác nhau ể đến ~0.1 đố ới v i các tinh

n e ph thu c vào góc truy n, vì v y chúng ta có th i u ch nh ụ ộ ề ậ ể đ ề ỉ đố ới v i ω

xác nh M t s tinh th có đị ộ ố ể n e < n o, vì v y s phân c c s ngậ ự ự ẽ ượ ạc l i

Hợp pha SHG không cộng tuyến

cos sin

k r = k θ z − k θ x

ˆ ˆ

cos sin

k r ′ = k θ z + k θ x

z x

Nh ng:ư Vì v y i u ki n h p pha tr ậ đ ề ệ ợ ở

thành:

θ θ

Băng thông hợp pha

H p pha ch thõa mãn ợ ỉ đố ới v i m t bộ ước sóng, ch ng h n ẳ ạ λ0 B i vì ở

các xung c c ng n có b ng thông r ng, ự ắ ă ộ đạ đượt c h p pha g n úng ợ ầ đ

Hiệu suất hợp pha theo bước

sóng đối với BBO

Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với tinh thể quang phi

tuyến, beta-barium borate (BBO), với các độ dày khác nhau:

Chú ý rằng có sự khác biệt

lớn trong băng thông hợp

pha và hiệu suất theo độ

dày tinh thể.

Những đường cong này cũng tính đến thừa số (L/λ ) 2 Những đường cong này được lấy tỉ lệ theo các đơn vị tùy ý, nhưng độ lớn tương đối có thể được so sánh trong từng đồ thị (Tuy nhiên, những đường cong này không đề cập đến độ cảm phi tuyến, χ (2) ).

Đối với các tinh thể mỏng đường cong không giảm về 0 tại bước sóng dài bởi vì sự hợp pha đồng thời của KDP tại hai bước sóng, điều đó cho thấy tại vùng bước sóng dài hơn, khoảng hợp pha của chúng bắt đầu xen phủ khi tinh thể mỏng.

Hiệu suất hợp pha theo bước sóng của tinh thể quang phi tuyến,

potassium dihydrogen phosphate (KDP), với các độ dày khác

nhau:

Hiệu suất hợp pha theo bước sóng đối với tinh thể KDP

Chú ý rằng có sự khác biệt

lớn trong băng thông hợp

pha và hiệu suất theo độ

dày tinh thể đối với tất cả

các tinh thể

Tính toán băng thông hợp pha

δλ

Đường cong sinc2 sẽ giảm hai lần

khi ∆k L/2 = ± 1.39 Vì vậy khoảng

bước sóng hợp pha phải thõa

mãn điều kiện |∆k | < 2.78/L , từ

đó thu được băng thông hợp

pha

0 1

0.44 / ( ) ( / 2)

FWHM

L

λ δλ

Tính toán băng thông hợp pha (tiếp)

sinc2( ∆ kL/2)

Băng thông hợp pha: BBO & KDP

Băng thông hợp pha thường quá nhỏ, nhưng nó tăng khi tinh thể trở nên mỏng hơn hoặc hiện tượng tán sắc giảm (nghĩa là., bước sóng đạt đến ~1.5 micromet đối với môi trường bình thường)

Tuy nhiên lí thuyết vi phạm khi băng thông đạt đến bước sóng

Xung hài b c II tr phía sau xung ậ ễ

u vào do GVM

đầ

λ λ

Sự không hợp pha

vận tốc nhóm kéo

dài xung hài bậc II.

Giả sử rằng một xung rất ngắn đi

vào tinh thể, độ dài của xung SHG,

δt, sẽ được xác định bằng thời gian

truyền của ánh sáng qua tinh thể:

L /L D

Sự kéo dài xung không hợp pha vận tốc nhóm

Hình d ng xung hài b c hai ạ ậ đố ới v i các chi u dài tinh th khác nhau:ề ể

T t nh t là dùng tinh th r t m ng Thố ấ ể ấ ỏ ường s d ng tinh th dử ụ ể ưới 100 micromet

LD ≡ τp

G V M

Input pulse shape

L D là chiều dài tinh thể nhân đôi độ dài xung.

Số không hợp pha vận tốc nhóm

Sự không hợp pha vận tốc nhóm giới hạn băng thông.

Chúng ta hãy tính toán băng thông hài bậc II do GVM

Chọn xung hài bậc II có phân bố cường độ Gauss, thì δt δν = 0.44 Viết lại theo bước sóng,

δt δλ = δt δν [dν/dλ]–1 = 0.44 [dν/dλ]–1 = 0.44 λ2 /c 0

ở đây chúng ta đã bỏ qua dấu trừ vì chúng ta tính toán băng thông, nó vốn dĩ dương Vì vậy băng thông là:

0 1

Phương pháp thay thế cho hợp pha:

phân cực tuần hoàn

Hãy nhớ rằng pha hài bậc II thay đổi sau mỗi độ dài kết hợp khi không đạt được điều kiện hợp pha, nó luôn luôn đúng đối với sự phân cực giống nhau—sự phi tuyến của những cái này cao hơn nhiều

thể như thế rất khó chế tạo và gần đây đã xuất hiện

( ) ( )

sinc ( 2) 2

đầu vào thành hài bậc

hai của nó Sau đó

những tinh thể thêm

vào tạo ra hài bậc ba

với hiệu suất tương tự!

Những cái này đáng

gườm!

Sự tạo tần số hiệu: Sự tạo tham số quang, Khuếch đại

tham số quang, Dao động tham số quang

Sự tạo tham số quang

Những phương trình của các quá trình này giống như những phương trình của SHG:

2 (2) 1 *

2 (2) 2 *

2 (2) 3

i k z g

i k z g

ω χ

ω χ

Hợp pha.

Chúng ta có thể thay đổi góc của tinh thể theo cách thông thường, hoặc chúng ta có thể thay đổi nhiệt độ tinh thể (bởi vì n phụ thuộc vào T)

Mã miễn phí để thực hiện

tính toán OPO, OPA, và OPG

Phần mềm miễn phí được tạo bởi Arlee Smith tại phòng thí nghiệm quốc gia Sandia Có thể tìm bằng cụm từ ‘SNLO’

Bạn có thể dùng nó để chọn tinh thể tốt nhất cho ứng dụng cụ thể của bạn hoặc thực hiện các mô phỏng chi tiết về các quá trình trộn phi tuyến trong tinh thể

Các tính năng trong SNLO:

1 Tính chất tinh thể

2 Mô hình hóa tinh thể trong các ứng dụng khác nhau.

3 Thiết kế buồng cộng hưởng ổn định, tính toán các tham số tụ tiêu Gauss và hiển thị các tập tin giúp đỡ

Một OPA không cộng tuyến siêu nhanh

(NOPA)

Liên tục tạo ra một xung mịn

màu tùy ý

Phổ học

NOPA

Những tinh thể cho việc tạo hồng ngoại

Elsaesser, và các cộng

sự., Opt Lett., 23, 861

(1998)

Sự tạo tần số hiệu trong

GaSe

Bước sóng

điều chỉnh

theo góc

Quá trình bậc II khác: Điện-quang

Tác dụng điện áp vào tinh thể thay đổi chiết suất của nó và đưa vào lưỡng chiết Nhìn từ một khía cạnh nào đó, đây là sự tạo tần số

tổng với chùm tần số bằng 0 (nhưng trường khác 0!)

Một vài kV có thể chuyển tinh thể thành bản nửa sóng hoặc ¼ sóng

V

Nếu V = 0, sự phân cực xung không thay đổi

Nếu V = Vp, sự phân cực xung chuyển thành trạng thái vuông góc của nó

Sự kích hoạt đột ngột một tế bào Pockel cho phép chúng ta chuyển

một xung vào trong hoặc ra ngoài laser

“Tế bào Pockels”

(điện áp có thể

dọc hoặc ngang)

Kính phân cực

Trước khi kích hoạt Sau khi kích hoạt

Tế bào Pockels như bản sóng w/

0° Kính phân

Tế bào Pockels (Q-Switch_Xung siêu khổng lồ)

Hiệu ứng Pockels liên quan đến quá trình bậc II đơn giản:

0

sig

trường một chiều

Hiệu ứng Pockels là một loại hiệu ứng quang phi tuyến bậc II

Tuy nhiên, trường tín hiệu có sự phân cực vuông góc

Sig: tín hiệu

• Chúng tôi đã dịch được một số chương của một số khóa học thuộc chương

trình học liệu mở của hai trường đại học nổi tiếng thế giới MIT và Yale.

• Chi tiết xin xem tại:

http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html

http://mientayvn.com/OCW/YALE/Ki_thuat_y_sinh.html