非线性

2021-02-20 10:41:43 浏览:610

定义

对驱动光场有非线性相应的光学现象。

激光器可以用来产生具有很高光强的光。这会产生很多非线性光学效应,其中最重要的包括:

1、在有些χ(2) 非线性晶体中会发生参量非线性过程,产生例如倍频、和频和差频产生和参量放大过程。
2、有的参量非线性过程来自于χ(3)非线性。克尔效应引起折射率变大,变大的程度与光强成正比。引起的效应包括,自聚焦,自相位调制,交叉相位调制和四波混频。
3、自发和受激拉曼散射是光与光学声子之间的相互作用。
4、自发和受激布里渊散射是光与声学声子之间的相互作用,尤其是涉及到相向传播的光波。布里渊和拉曼散射与三阶非线性响应的非瞬时部分有关。
5、双光子吸收是指两个光子同时被吸收,产生的激发过程所需要的能量大于一个光子的能量。其强度与 χ(3)张量的虚部有关,相对于带隙能量小的半导体介质来说该强度相对比较大。

还有其他的一些效应并不是直接来自于光学非线性效应,但是非线性也会影响这些现象:

1、尤其是在激光器和放大器中会发生增益饱和现象。饱和吸收器中也会发生类似的非线性损耗,例如,在SESAMs中用作被动锁模或Q开关。
2、在有些铁电晶体,例如LiNbO3中会发生光折变效应。例如,可以用于全息数据存储,但在非线性频率转换过程中是不利的。
3、还有很多效应会产生热,例如激光增益介质中的热透镜效应或者光学谐振腔中的热调谐过程(例如,增强腔)。

在光纤技术中,非线性效应是考虑最多的。由于光纤具有很长的相互作用长度以及其小模式面积引起光强很大,因此在光纤中具有很强的非线性。尤其是与χ(3)非相关的线性效应(克尔效应,拉曼散射,布里渊散射)非常重要,有的是为了达到某些功能起主要作用的非线性过程(例如,脉冲压缩),或者在高功率光纤激光器和放大器中为限制性能的效应。

通常来讲,非线性效应的强度由峰值功率决定。但是,也有峰值功率越低,非线性效应越强的情况。

有时光强足够高引起介质电离后也会发生强的非线性效应。这会引起光学击穿,有时甚至会损伤材料。气体介质中可以采用极高的光强,可以实现高次谐波产生。

参考文献

[1] G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 4th edn., Academic Press, New York (2007)
[2] R. Paschotta, tutorial on "Passive Fiber Optics", Part 11: Nonlinearities of Fibers

参阅:非线性光学、激光诱导击穿、非线性晶体材料、非线性频率转换、非线性偏振、非线性系数、饱和吸收器、光纤

非线性光学

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