复旦大学物理电磁学2014-0506-光学5 非线性光学

1、大学物理散射 非线性光学陈 唯phchenwei 科学楼433 电话 5566533812复习1）光的吸收: 郎伯(Lambert)定律LeII0:吸收系数（cm-1）2）光的散射瑞利散射：散射光强与波长4次方反比拉曼散射 : 原子分子结构信息3）光的色散32Bddn色散率：三棱镜色散偏向角和波长的关系对于同一波长，偏向角和折射率的关系3三棱镜色散)()(2211riri)()(2121rrii偏向角21rrA顶角A=偏向角最小的条件：0)1 (121dididid112didiAii)(2112didiA1i2i1r2r4什么时候偏向角最小12didirninrisinsin 11sinsi

2、nrni 22sinsinrni 21rrA顶角A12drdr2121coscoscoscosrrii21rr 从偏向角最小的要求51111coscosdrrndii2222coscosdrrndiiA1i2i1r2r偏向角min和n的关系21 ii 01didrnisinsin )2/sin(2/ )(sinsinsinminAArin21 ii 21rr 21rrAAii)(212/ )(min1Ai6rA2A1i2i1r2r三棱镜的角色散率D定义D: 偏向角对波长的微商DddD ddndndD )2/sin(2/ )(sinAAnddnAAD2/ )(cos)2/sin(22/ )(Ai

3、)2/sin( sinsinAnrniddnAnAD2/sin1)2/sin(222材料色散率7线性光学：以电极化为例：EEEDPr000) 1(,r都是材料的特性，与E大小无关当E大小接近原子内部电场时，会影响原子结构，改变材料性质 = 非线性光学原子内部电场105V/m光强功率密度kW/cm2激光非线性光学散射倍频8EPE)(0非线性光学以散射光频率为例：线性极化nexVpPxkFe)cos(022teExkdtxdme)(cos2200mteEx0EP线性近似)/(20mke9.3322xkxkxkFe非线性拟合22xkxkFe)cos(02222teExkxkdtxdme)()(cos

4、212122200 xxxxxmteEx)/(22mka 222202221xaxdtxd非线性近似10tXaxdtxd212220222cos)(22001meEXtXXx2cos2022120222212020)4(22XaXXaX非线性近似tmeExdtxdcos0120212线性近似11tXtXXx2coscos21021xxxtXxcos11tXXx2cos202散射倍频22xkxkFe1960年694nm激光出现，1961年用其照射石英出现了347nm紫外辐射。12)(2222ExkxkdtxdmetXtXXx2coscos2)2(1 )(0)()(22112222EExkxkdt

5、xdme13两列光照射)()(2211120212EEmexdtxd线性近似)(2121xxxxx222202221xaxdtxdtXtX22)2(21 )2(2cos2costXtX)cos()cos(21)21(21)21(14两列光照射1xtXtX22)(11 )(coscos222202221xaxdtxd02Xx 21xxx)()(2211120212EEmexdtxd光进入到导电介质中 15Ej222tEEtE022xmkdtdxmdtxd阻尼振动)/(exp0cnrtiEEt考虑电导的贡献)cos(0tAextm21)exp(0rEEiRinnn光进入到导电介质中 )/(exp)

6、/exp(0crnticrnEERit类似全反射透射：)/1(r )exp(00inrII16iRcinnn222tEEtEscd)(dstDjlHL复数的引入光进入到导电介质中 反射：22) 1() 1(nn1) 1() 1(22*iRiRnnnn17iRinnn*%911 . 73 . 1inc*) 1)(1() 1)(1(nnnn18总结光的色散5342CBddn色散率：三棱镜从偏向角最小的条件：)2/sin(2/ )(sinsinsinminAArinrddnAnAD2/sin1)2/sin(222三棱镜的角色散率：ddD tXXtXx2cos cos20122xkxkFexkFeE很

7、大，散射极化非线性近似E不大，散射极化线性近似tXxcos1非线性光学19光的干涉光的叠加，相位大纲 1了解惠更斯原理，相干光的条件及获得相干光的方法. 2 掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系 3 能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹 4 了解迈克耳孙干涉仪的工作原理.20光的干涉光的干涉 ：叠加)cos(111krtAy)cos(222krtAy)cos()cos()cos(221121tAkrtAkrtAyyy有两列频率相同，振动方向相同的光惠更斯原理：光波波前上的每一点都可以看作子波源波前：波在传播时最前沿的等相面21)cos()cos( )cos(2211krtAkrtAtAy

8、)cos(2212122212krkrAAAAA)(22121rrkrkrcos22122212AAAAA1 , 1cos光的干涉22为什么平时看见情况的不多？相干条件：波长相同有同方向的振动分量在每一点上有固定的相位差)cos()cos( 2211krtAkrtAy)cos(2212122212krkrAAAAA 普通光源： 原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列, 各原子各次发光相互独立，各波列互不相干.P2123波阵面分割法*光源1s2s如何获得相干光：从惠更斯原理24p1s2ssxoop实 验 装 置d1r2rdl lxd杨氏双缝干涉实验lrsin12drrr光程差cos221

9、22212AAAAA)(221rr lxd2252) 12(kdldlkx,2, 1 ,0kp1s2ssxooBd1r2rlrlxd2暗纹明纹k2) 12(k26cos22122212AAAAA白光照射时，出现彩色条纹) 1(k条纹间距 dlx) 1(k条纹间距 dlx27) 1(k条纹间距 dlx28双缝干涉光强分布)cos(22121IIIII合光强干涉项若021IIIr 2其中)(cos420rIIkrI,402) 12(,0kr则cos22122212AAAAA29条纹可见度minmaxminmaxIIIIV)cos(22121IIIII合光强122121IIIIV2121max2IIIII2121min2IIIII30)(cos420rIIkrI,402) 12(,0krr2345234004II光 强 分 布 图0dl2dl4dl2dl4x31紫光光强分布图04II022dd24dd22dd24ddx波长不同条纹间距不同04II红光光强分布图012dd14dd12dd14ddx32洛埃境 半波损失 ：光从光疏介质射向光密介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了