Vật lý - Hiệu ứng quang học phi tuyến

HIỆU ỨNG QUANG HỌC PHI TUYẾN 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 Chương I MỞ ĐẦU 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. 1.1Quang phi tuyến và vai trò của cường độ á.s. 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) • 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 EP  0 ... 6 1 2 1 3 3 2 21  EaEaEaP ...42 3)3(20  EdEEP  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 • 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. 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 )cos(),( kztAeztE    )/( 8 )/( 2 1 2 2 22 0 cmw cnA mwAI    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, Sum-Frequency Spectroscopy 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 32)3( 10.4,4  nm6940  Tài Liệu Tham Khảo • Trần Tuấn, Quang phi tuyến, Giáo trình 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.