dla małych natężeń polaryzacja podatność elektryczna natężenie pola elektrycznego

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "dla małych natężeń polaryzacja podatność elektryczna natężenie pola elektrycznego"

Daria Lewicka
6 lat temu
Przeglądów:

1 OPTYKA NILINIOWA

2 W zaresie opyi liniowej naężenia promieniowania emiowane z onwencjonalnych źródeł świała są niewielie (0-0 3 V/cm) i oddziałując z maerią nie zmieniają jej własności miro- i marosopowych, naężenie o jes bowiem lia rzędów mniejsze niż naężenie pola elerycznego panującego w maerii (0 9 V/cm), naężenie świała z laserów impulsowych może osiągać warości rzędu 0 W/cm a odpowiadające mu naężenie pola elerycznego wynosi 0 8 V/cm jes więc porównywalne z naężeniami pól elerycznych w maerii. Słabe pole eleryczne powoduje inducję eleryczną D D 4 P dla małych naężeń P polaryzacja podaność eleryczna podaność eleryczna naężenie pola elerycznego

3 polaryzacja orienacyjna polaryzacja polaryzacja induowana P P or P ind P or 3T N 3T N podaność eleryczna

4 W zaresie opyi nieliniowej naężenia wiązi świała laserowego mogą osiągać GW/cm, a naężenia pola elerycznego wynoszą V/cm. P 3 Zasada superpozycji obowiązuje ylo w zaresie liniowym: r P r P r P r P r r r r,,,,,,,, 3 3 Gdy na ośrode działa ila słabych pól elerycznych o w liniowym przybliżeniu polaryzacja eleryczna jes sumą polaryzacji od poszczególnych pól. Słabe pola eleryczne spełniają zasadę superpozycji, według órej fale eleromagneyczne rozchodzą się w ośrodu niezależnie, bez wzajemnego oddziaływania

5 Jeżeli pola eleryczne są silne, nie można załadać, że działają one na uład niezależnie. Pola eleryczne nie spełniają już zasady superpozycji, gdyż oddziałują na siebie. Wszysie zjawisa opyczne, w órych zasada superpozycji pól elerycznych nie jes spełniona, nazywamy nieliniowymi zjawisami opycznymi. Przyładem zjawis nieliniowych jes zależność współczynnia załamania świała n od naężenia świała. Dla małych naężeń świała współczynni załamania świała jes wielością sałą. Jeżeli jedna na ośrode pada świało o dużym naężeniu pola elerycznego, oaże się o nieprawdą. Badania Kerr a wyazały, że współczynni załamania jes proporcjonalny do, ciecz np. saje się dwójłomna, podobnie ja ryszał jednoosiowy. Przyładem zjawis liniowych jes absorpcja spełniająca prawo Lambera i Beera

6 Przyłady efeów nieliniowych: ) FKT KRRA n f zares liniowy n zares nieliniowy ciecz saje się opycznie dwójłomna

7 ) SHG (second harmonic generaion) 3) Sumowanie i odejmowanie częsości np. laser rubinowy ryszał warcu =694nm (VIS) ± /=347nm (UV)

8 P polaryzacja wywołana oddziaływaniem fal o częsości o ( cos ) cos o o ( cos o o ) sin cos o ( cos o ) DC efe sała polaryzacja niezależna od czasu polaryzacja zmieniająca się z częsością SHG pole eleryczne induuje w ryszale nieliniowym polaryzację drugiego rzędu o sładowych

9 P Gdy ryszał ma środe inwersji P=f() jes funcją nieparzysą, człon znia i ryszał nie nadaje się do generowania II harmonicznej. Bra środa inwersji w ryszale jes waruniem oniecznym ale niedosaecznym! Aby wydajność procesu onwersji wiązi podsawowej na drugą harmoniczną była duża musi być spełniony WARUNK DOPASOWANIA FAZOWGO

10 Fale w maerii rozchodzą się z prędością fazową: f c n Jedna mirosopowe przyczyni pochodzące od pojedynczych cząsecze, znajdujących się w różnych punach (x,y,z) nieliniowego ośroda, ylo wedy mogą dać w sumie falę marosopową o odpowiednio dużym naężeniu, gdy prędości fazowe padających fal wymuszających i fal polaryzacji są zsynchronizowane.

11 L I sin sin sin II III P r i III r i P P II r i I exp exp exp nie musi być równe

12 w ogólności co oznacza, że faza fali wywołującej jes różna od fazy fali wyworzonej i powoduje inerferencję desruywną.

13 Aby wydajność onwersji była duża musi być spełniony warune: n n c c czyli n n ale ze względu na dyspersję jes o zazwyczaj nie możliwe

14 ryszały dwójłomne Z oś opyczna promień zwyczajny padająca wiąza promień nadzwyczajny długość ryszału Wiąza świała, ulegając załamaniu, rozszczepia się na dwa promienie.

15 Meody zwięszania wydajności onwersji: ) Duże naężenie I 0 ) Używanie subsancji silnie nieliniowych (duże warości podaności drugiego rzędu () 3) Spełnienie warunu dopasowania fazowego 0 I sin l/ l I l/ Ja spełnić warune 0 0 ( ) czyli n()=n () (dla wiąze współbieżnych)

16 Dlaczego ryszały nieliniowe są cienie choć ze wzorów wynia, że inensywność SHG jes wpros proporcjonalna do L? r długość spójności / l l c n n 4 n n

17 Gdy grubość ryszału L L l spójn fale o częsości i przesają być zgodne w fazie i zaczyna się inerferencja desruywna w prayce L = mm, cm

18 Przeroje powierzchni współczynnia załamania dla jednoosiowego ryszału: n n e Z oś opyczna n n 0 0 e Z oś opyczna ryszał jednoosiowy: (a) ujemny (b) dodani

19 oś opyczna ierune dopasowania fazowego ierune, wzdłuż órego współczynni załamania promienia zwyczajnego wiązi podsawowej n o i współczynni załamania promienia nadzwyczajnego wiązi drugiej harmonicznej n e są aie same e o n n

20 Jaie własności ryszału powinny być brane pod uwagę w procesie generacji SHG? ) Własności nieliniowe maeriału ) Własności dyspersyjne n 3) Prędość grupowa (group delay) 4) Próg uszodzenia ryszału (damage reshold)

21 Mechanizm generowania drugiej harmonicznej za pomocą laserów femoseundowych jes ai sam ja omówiony poprzednio. Jedna w przypadu a róich impulsów należy uwzględniać dodaowe efey, óre są zaniedbywane w przypadu impulsów dłuższych lub przy pracy ciągłej. Krói impuls odpowiada dużej szeroości widmowej. Dla wygenerowania róich impulsów, warune dopasowania fazowego powinien być więc spełniony nie ylo dla cenrum linii widmowej 0, ale aże dla całego rozładu widmowego z zaresu. W przeciwnym razie wygenerowana druga harmoniczna będzie wąsa widmowo, czyli czasowy impuls drugiej harmonicznej ulegnie wydłużeniu. Ta więc, przy generowaniu drugiej harmonicznej za pomocą impulsów femoseundowych ważne są nie ylo własności nieliniowe ryszałów (), ale również ich własności dyspersyjne. prędość grupowa g d d 0

22 n c f 0 d d g z i d e A z 0 0, 0 0 z i d d z d d z A z exp sin, prędość fazowa dla fali płasiej prędość grupowa dla paczi falowej funcja falowa wiązi niemonochromaycznej

23 I II = Oznacza o, że dla coraz rószych impulsów oraz dla długiego (group delay) obszar oddziaływania I i II harmonicznej maleje I I II = II = 3 ze względu na własności dyspersyjne ryszału prędości grupowe wiązi podsawowej II harmonicznej są zwyczajowo różne mimo dopasowania fazowego indes: I wiąza podsawowa, II-druga harmoniczna

24 Group delay-onsewencje różnej prędości grupowej dla I i II harmonicznej ; ; ; d dn d dn c l n d dn c l n d dn c l n n c d dn c l n d d d dn c l n c c n d d l l d d g g g g g g g

25 Warune oreślający efeywną długość ryszału dla róich impulsów g p opóźnienie grupowe jes dużo mniejsze niż czas rwania impulsu p Dalsza część ryszału przesaje być efeywna bo wiązi przesają się naładać ) g p dn c d n g dn 0; dn d c dn d dn dn d n d d I II g dla ryszałów o mały czasie opóźnienia masimum dyspersji druga harmoniczna osiąga n

26 ) czyli rośnie g p dn d I g dn d II dn sąd wynia, że osiąga minimum dla 0 czyli d g dn d 0 NI MA GVD a więc impuls jes rói

27 Czyli gdy ) ) g p GVD = 0 czas rwania impulsu II harmonicznej jes rói g p GVD 0 czas rwania impulsu wydłuża się (puls sreching) Używając róich impulsów femoseundowych dla wiązi podsawowej o czasie rwania p i chcąc wygenerować róie impulsy dla drugiej harmonicznej, należy wybrać aie ryszały nieliniowe, dla órych opóźnienie grupowe jes niewielie.

28 Prayczne aspey generowania II harmonicznej a) SHG z wydajnością 0% orzymuje się ruynowo dla laserów pio i subpioseundowych dużej mocy (w lieraurze-80% onwersji dla ryszałów o grubości mm) b) Sosowane ryszały: KDP (poasium dihydrogen phosphae) g =0.08 ps/cm (group velociy) LiNbO 3 g =6 ps/cm (dla ryszału o grubości cm i impulsu 0.5ps I harmonicznej) ADP (amonium dihydrogen phosphae) LiIO 3 g =0.7 ps/cm KTiOPO 4 (KTP) CsH AsO 4 (CDA)

29 Kryszały nieliniowe KDP (poasium dihydrogen phosphae) =50.4 ADP (amonium dihydrogen phosphae) LiNbO (niobian liu) =90 Ba NaNb 5 O 5 (niobian barowo-sodowy)

30 Rozróżniamy dwa ypy dopasowania fazowego. Jeżeli mieszające się fale o częsości i mają ę samą polaryzację, o częsość sumacyjna 3 = + (SHG) spolaryzowana jes w płaszczyźnie prosopadłej do ich płaszczyzny polaryzacji. W ym wypadu mówimy o dopasowaniu fazowym I ypu. W jednoosiowych ryszałach ujemnych dopasowanie fazowe I ypu o spełnienie warunu 0 0 e 3 (oznaczamy je jao dopasowanie fazowe ooe lub oddziaływanie ooe ), ( ) w jednoosiowych ryszałach dodanich zaś o spełnienie warunu e e 0 ( ) ( ) 3 (oznaczamy je jao dopasowanie fazowe eeo lub oddziaływanie eeo )

31 Jeżeli mieszające się fale i mają orogonalne polaryzacje, realizowany jes przypade dopasowania fazowego II ypu. Dla ryszałów jednoosiowych ujemnych spełniony jes warune 0 e e ( ) 3( ) zwany dopasowaniem fazowym oee, lub e 0 e ( ) 3( ) zwany dopasowaniem fazowym eoe. Dla ryszałów jednoosiowych dodanich dopasowanie II ypu spełnia waruni 0 e ) ( (dopasowanie fazowe oeo ) lub e 0 0 ( ) 3( ) (dopasowanie fazowe eoo ). 0 3

33 GNRATOR PARAMTRYCZNY W generaorze paramerycznym zachodzą zjawisa nieliniowe -go rzędu () laser pompujący Nd:YAG sładowa bierna (idler componen) p i s sładowa sygnałowa wzmacniacz polaryzaor Najwięszą wydajność uzysuje się dla wiąze wzajemnie równoległych, zazwyczaj generaory pracują impulsowo, ze względu na wyższe wzmocnienie p. oś opyczna i generaor parameryczny s

Podobne dokumenty

ψ przedstawia zależność

ψ przedstawia zależność Ruch falowy 4-4 Ruch falowy Ruch falowy polega na rozchodzeniu się zaburzenia (odkszałcenia) w ośrodku sprężysym Wielkość zaburzenia jes, podobnie jak w przypadku drgań, funkcją czasu () Zaburzenie rozchodzi