非线性偏振 Nonlinear polarization

2022-11-04 15:54:29 浏览:416

定义

光致偏振中非线性依赖于光的电场的部分。

当光在透明介质(电介质)中传播时,其电场会在介质中引起一定量的极化,即电偶极矩的一定密度。 (这不能与光场的偏振混淆,光场的偏振是其电场的方向。) 介质的偏振以偏振波的形式与电磁场一起传播,其相位速度与驱动场相同。

在低光强度下,电极化与电场强度成正比,而在高光强度下,非线性贡献变得很重要,因为它们可以用激光产生。 这种非线性极化波对于非线性频率转换过程是必不可少的。

二阶非线性极化

非线性极化的二阶(最低)可能来自χ(2) 非线性,这只能发生在具有非中心对称晶体结构的非线性晶体材料中。 (晶体表面的非线性效应是一个例外。 然后,非线性偏振具有一个分量,该分量以二次方式取决于入射光波的电场。 更准确地说,需要考虑非线性敏感性的张量性质:

哪里P我是极化的第i个笛卡尔坐标,χ(2)是非线性磁化率,E(t)是光电场。 更常见的是,这写成

使用非线性张量D。 由于对称原因,许多张量分量实际上可以为零,具体取决于晶体类别。

通常,非线性偏振的方向不会与输入光的偏振方向相同。

非线性极化包含激发光束中不存在的频率分量。 然后可以在介质中产生具有这种频率的光(→非线性频率转换)。 例如,如果输入场是单色的,则非线性偏振也具有输入频率两倍的分量(→倍频)。 由于偏振具有非线性偏振波的形式,因此倍频光也沿输入光束的方向辐射。 其他例子包括和和差频生成、光整流、参数放大和振荡。

三阶非线性极化

下一个更高阶的非线性极化可能来自χ(3)非线性,因为它基本上发生在所有媒体中。 这会引起各种现象:

  • 克尔效应可以描述为折射率的非线性修正,如非线性折射率一文所述。 它导致诸如自相位调制和交叉相位调制等现象,也会导致克尔透镜和四波混合。
  • 延迟非线性响应导致受激拉曼散射和布里渊散射。

相位匹配

在大多数情况下,只有实现相位匹配,非线性混合产物才能有效地累积在更长的晶体上。 否则,在晶体中不同位置产生的出口面处的场振幅基本上相互抵消,表观非线性较弱。 然而,一些非线性效应要么是自动相位匹配的(例如自相位调制),要么不需要相位匹配(例如拉曼散射)。

参考文献

[1] D. A. Kleinman, “Nonlinear dielectric polarization in optical media”, Phys. Rev. 126 (6), 1977 (1962), doi:10.1103/PhysRev.126.1977

非线性光学

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