非线性光纤光学pdf
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非线性光学作业2
南京理工大学理学院
非线性光学思考题
1、什么叫非线性光学,它与线性光学有何异同?
非线性光学是研究强光(激光)与物质相互作用过程中出现的各种新现象和新效应。
极化响应过程 辐射过程
我们考察的是光与物质相互作用的过程,光进入物质中与物质相互作用,这就是上图中的极化响应过程,使得介质极化,之后光从物质中辐射出来,对应上图的辐射过程。
普通光入射介质,对应极化强度与入射光场的关系
其中,
ε为真空介电常数,χ为线性极化率
0
强激光入射介质(远离介质共振区),可以采用下面的级数形式表示
其中,?? 为线性极化率,? 和 ? 是二阶,三阶非线性极化率。对于各
(1)
(2)
(3)
向异性介质 ,??
(n)
为(n+1)阶张量,张量元一般为复数,实部对应介质的
折射率,虚部对应介质的吸收。
(1)(2)(3)
由非线性光学理论可以证明
(n?1)
(n)
at
原子内的平均电场强度的大小(~10-11 V/m)
??P ?P?P?P?P??P???E~?E
在强光作用下,E~E
原子
或E>>E
原子
,产生非线性效应,要满足这一条件就要
求较高的光强,所以非线性光学在激光诞生后才得到快速的发展。 此外,线性光学与非线性光学的区别: 在与物质相互作用中,物
非线性光学作业2
南京理工大学理学院
非线性光学思考题
1、什么叫非线性光学,它与线性光学有何异同?
非线性光学是研究强光(激光)与物质相互作用过程中出现的各种新现象和新效应。
极化响应过程 辐射过程
我们考察的是光与物质相互作用的过程,光进入物质中与物质相互作用,这就是上图中的极化响应过程,使得介质极化,之后光从物质中辐射出来,对应上图的辐射过程。
普通光入射介质,对应极化强度与入射光场的关系
其中,
ε为真空介电常数,χ为线性极化率
0
强激光入射介质(远离介质共振区),可以采用下面的级数形式表示
其中,?? 为线性极化率,? 和 ? 是二阶,三阶非线性极化率。对于各
(1)
(2)
(3)
向异性介质 ,??
(n)
为(n+1)阶张量,张量元一般为复数,实部对应介质的
折射率,虚部对应介质的吸收。
(1)(2)(3)
由非线性光学理论可以证明
(n?1)
(n)
at
原子内的平均电场强度的大小(~10-11 V/m)
??P ?P?P?P?P??P???E~?E
在强光作用下,E~E
原子
或E>>E
原子
,产生非线性效应,要满足这一条件就要
求较高的光强,所以非线性光学在激光诞生后才得到快速的发展。 此外,线性光学与非线性光学的区别: 在与物质相互作用中,物
光纤的非线性传输特性
光纤的非线性传输特性
一. 简介
光纤
1. 光纤的历史
早期的工作:为了得到低损耗的光纤
早在19世纪,人们已经知道光纤中引导光传播的基本原理是全内反射。 在19世纪20年代制成了无包层的玻璃纤维。
直到20世纪50年代,才知道包层的使用能够改善光纤的特性,从而诞生了光纤光学这个领域。
20世纪60年代,当时主要为了利用光纤束传输图像,促使光纤领域迅速发展。这些早期的光纤按现在的标准看具有很高的损耗,用当时最好的光学玻璃做成的光学纤维损耗也达到1000dB/km。
1966年高锟解决了石英光纤损耗的理论问题,提出了研制低损耗光纤的可能性。
1970年,美国康宁公司研制成功了第一根低损耗光纤,石英光纤的损耗下降到了20dB/km的水平。
随着光纤制造技术的进一步发展,到1979年,已将1.55un波长附近的损耗降低到约0.2dB/km。
低损耗光纤的获得,使得光纤中光传输时的非线性效应相对而言变得不可忽略。
早在1972年,已有人研究了单模光纤中的受激拉曼敞射和受激布里渊散射,
这些上作促进了诸如光感应双折射、参量四波混频和白相位调制等其他非线性现象的研究。
1973年,有人提出了“通过色散和非线性效应的互作用将会导致光纤产生类孤子脉冲”这样一
光学材料非线性研究
光学非线性系数的测量 ·1·
非线性光学(nonlinear optics)
非线性光学,又称强光光学,是现代光学的一个分支,研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。在强光作用下物质的响应与场强呈现非线性关系,与场强有关的光学效应称为非线性光学效应。激光问世之前,基本上是研究弱光束在介质中的传播,确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常量,介质的极化强度与光波的电场强度成正比,光波叠加时遵守线性叠加原理。在上述条件下研究光学问题称为线性光学。对很强的激光,例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时,光与介质的相互作用将产生非线性效应,反映介质性质的物理量(如极化强度等)不仅与场强E的一次方有关,而且还决定于E的更高幂次项,从而导致线性光学中不明显的许多新现象。介质极化率P与场强的关系可写成
P=α1E+α2E+α3E+…
非线性效应是E项及更高幂次项起作用的结果。
常见非线性光学现象有:
①光学整流。E2项的存在将引起介质的恒定极化项,产生恒定的极化电荷和相应的电势差,电势差与光强成正比而与频率无关,类似于交流电经整流管整流后得
非线性光学练习题
非线性光学作业
1.
42m类晶体有一个4度旋转反演轴4z , 三个二度转轴 ?2?x, ?2?y, ?2?z 及二个对
??称面?1,?2, 其中对称变换?1后新老坐标之间关系为x??y,y??x, z??z, 对称变换
?2后有x???y,y???x, z??z
2. 42m类晶体有一个4度旋转反演轴4z , 三个二度转轴?2?x, ?2?y, ?2?z, 及二个对称面?1,?2
3.根据麦克斯韦方程,推出非磁性,无自由电荷介质中波动方程为:
?????22??E?E?P?2E??0???0?02??02
?t?t?t
4.试述实现倍频过程的相位匹配条件,并解释倍频过程相位匹配的物理实质。
5.单轴晶体第II类相位匹配的计算公式
6.分析负单轴晶体中,在正常和反常色散情况下,满足第I类相位匹配条件的差频过程(
?2??3??1)光波的偏振特性
ω3), 晶体必须
7. 试证明在非共线相位匹配的条件下, 为获得远红外差频光(ω1、 ω2具有反常色散特性。
8.证明 如果
?m 是频率为? 的寻常光和频率为2?的非常光的相位匹配角,则有
?lc?32??2sin(2?m)(no)(ne2?)?2?(no)(???m)?k(?)l?????m
201X非线性光学(复习)
.
2015非线性光学复习
绪论非线性光学进展
发展阶段,重要事件(时间),著作
第一章光与物质相互作用的经典理论
非简谐振子模型, 电极化强度P(n), 极化率的一般性质
补充一晶体学基面础
晶系的划分,晶体的对称性,点群表及国际符号,点群国际符号对应方向
补充二晶体性质的数学描述
张量的基本知识,张量分量的坐标变换,对称矩阵及逆变换,坐标变换矩阵,宏观对称性对张量分量的约化
第三章光波在非线性介质传播的电磁理论
光波在晶体中传播特性,波法线菲涅耳方程,光在单轴晶体中的传播规律,折射率椭球及折射率曲面,耦合波方程,相位匹配概念及方法,相位匹配条件及偏振分析
第四章二阶非线性光学效应
线性电光效应,光学整流效应,谐波、和频及差频,有效非线性系数,光参量放
精品
.
大与振荡,参量振荡的频率调谐
第五章三阶非线性光学效应
自聚焦效应、三次谐波的产生,四波混频,双光子吸收,受激Raman散射第七章四波混频与光学相位共轭
四波混频与光学相位共轭
精品
.
精品 第一章
非线性光学极化率的经典描述
线性光学过程的经典理论
1、光和物质相互作用的经典理论
组成物质的原子、分子,在入射光波电磁场作用下感生出电偶极矩, 运动产生电磁波辐射。
2、谐振模型
原子(分子)中电子在光频电磁场驱动下,作带阻尼的强迫运动
尿素晶体的线性和非线性光学性质的从头算研究
采用从头计算平面波赝势方法(pwp)和局域密度近似,计算了尿素晶体的电子能带结构和光学性质,计算表明尿素晶体属直接带隙晶体,计算带隙为5,lleV。在剪切操作下,采用密度矩阵理论计算了介电常数和倍频系数,理论结果与实验符合甚佳,并成功地将二阶非线性光学系数谱的特征峰与介电函数光谱结合起来,按单、双光子共振项进行了分析。不同跃迁过程对二阶非线性光学系数的贡献
维普资讯
第 2 2卷第 2期 20 0 8年 6月
湖北汽车工业学院学报J u n l fHu e tmoieI d sr sI si t o r a b i o Auo t n u t e n t ue v i t
Vo . No.2 1 22
Jn 2 0 u.08
尿素晶体的线性和非线性光学性质的从头算研究杜文风 .罗军 z时( .汉科技大学 1武材料与冶金学院,湖北武汉 4 0 8: 2湖北汽车工业学院理学部,湖北 30 1 .
十堰 4 2 0 ) 4 0 2
摘
要:用从头计算平面波赝势方法 (WP和局域密度近似,算了尿素晶体的电子能带结构和光学性质 .采 P )计计
算表明尿素晶体属直接带隙晶体,计算带隙为 51e 在剪切操作下 .用密度矩阵理论计算了介电常数和倍频 .lV采系数,论结果
几何非线性分析
ANSYS非线形分析指南 几何非线形分析
几何非线性分析
随着位移增长,一个有限单元已移动的坐标可以以多种方式改变结构的刚度。一般来说这类问题总是是非线性的,需要进行迭代获得一个有效的解。 大应变效应
一个结构的总刚度依赖于它的组成部件(单元)的方向和单刚。当一个单元的结点经历位移后,那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变变。首先,如果这个单元的形状改变,它的单元刚度将改变。(看图2─1(a))。其次,如果这个单元的取向改变,它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变。(看图2─1(b))。小的变形和小的应变分析假定位移小到 足够使所得到的刚度改变无足轻重。这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移。(什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级。
相反,大应变分析说明由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。因为刚度受位移影响,且反之亦然,所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。通过发出NLGEOM,ON(GUI路径Main Menu>Solutio
第一章++非线性光学极化率的经典描述09
第一章非线性光学极化率的经典描述
1.1 极化率的色散特性
1.2 非线性光学极化率的经典描述
1.3 极化率的一般性质
上面两式中的J和ρ分别为介质中的自由电流密度和自由电荷密度, M为磁化强度, ε0为真空介电常数, μ0为真空磁导率, σ为介质的电导率, P是介质的极化强度。
由于研究的光与物质相互作用主要是电作用, 可以假定介质是非磁性的, 而且无自由电荷, 即M=0, J=0,ρ=0。所以, 上述方程可简化为
光在介质中传播时, 由于光电场的作用, 将产生极化强度。
P = P L + P NL(1.1 -5)
, 当光电场强度很低时, 可以忽略非线性项P
NL
, 这就是通常的线性光学问仅保留线性项P
L
题。当光电场强度较高时, 必须考虑非线性项P NL, 并可以将非线性极化强度写成级数形式:
P NL = P(2) + P(3 )+ …+ P(r) + …(1.1 -6)
E0(r)是光电场中的实振幅大小。极化强度为P(r,t) = P(ω) e-iωt+ P*(ω) e iωt(1.1 -10) P(ω)为频域复振幅。
考虑电场强度和极化强度的真实性
E*(ω) = E(-ω) (1.1 -11)
P*(ω)
光纤光学课后答案
光纤光学课后答案
【篇一:光纤应用习题解第1-7章】
>1.详述单模光纤和多模光纤的区别(从物理结构,传播模式等方面)
a:单模光纤只能传输一种模式,多模光纤能同时传输多种模式。单模光纤的折射率沿截面径向分布一般为阶跃型,多模光纤可呈多种形状。纤芯尺寸及纤芯和包层的折射率差:单模纤芯直径在10um左右,多模一般在50um以上;单模光纤的相对折射率差在0.01以下,多模一般在0.01—0.02之间。
2.解释数值孔径的物理意义,并给出推导过程。
a::na的大小表征了光纤接收光功率能力的大小,即只有落入以?m为半锥角的锥形区域之内的光线,才能够为光纤所接收。 3.比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义,可以得出什么结论?
a:阶跃型光纤的na与光纤的几何尺寸无关,渐变型光纤的na是入射点径向坐标r的函数,在纤壁处为0,在光纤轴上为最大。 4.相对折射率差的定义和物理意义。 n12-n22n1-n2 a:d= 2n12n1
d的大小决定了光纤对光场的约束能力和光纤端面的受光能力。 5.光纤的损耗有哪几种?哪些是其固有的不能避免,那些可以通过工艺和材料的改进得以降低?
a:固有损耗:光纤材料的本征吸收和本征散射。 非固