Bài giảng Chương 5: Các hiệu ứng quang học phi tuyến bậc cao

Bài giảng Chương 5: Các hiệu ứng quang học phi tuyến bậc cao trình bày về sự trộn bốn sóng, sự phát sóng hài bậc ba, sự tự tụ tiêu, sự hấp thụ hai photon ás Two – Photon Absorption (TPA), tán xạ Raman kích thích.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Chương 5: Các hiệu ứng quang học phi tuyến bậc cao Chương 5. Các hiệu ứng quang học phi tuyến bậc cao 5.1. Sự trộn bốn sóng: Trong môi trường có tâm đối xứng , số hạng phi tuyến bậc hai d = 0, do đó hệ số phi tuyến bậc ba nổi bật. Độ phân cực phi tuyến: ( 3) 3 PNL   E Tương tự sự trộn ba sóng, nếu đưa ba sóng có tần số 1, 2, 3, vào môi trường phi tuyến bậc ba, thì chúng liên kết với nhau và độ phân cực phi tuyến PNL tạo thành 216 số hạng. Giả sử có sự phát tần số tổng 4 = 1+ 2+3 , ta có sự trộn bốn sóng. Đk hợp pha: k4 = k1 + k2 +k3 5.2 Sự phát sóng hài bậc ba Trường hợp đặc biệt:  = 1= 2= 3Ta có sự phát sóng hài bậc ba: 4 = 3 E  E 0 cos t ( 3) 3 ( 3) 3 3 PNL   E   E cos t 0 3 3 2 1cos t  cos t. cos t  cos t  cos 3t 4 4 This image cannot currently be displayed. Giải theo pt liên kết: dE 3   3i  (3) E 3  e i  kz dz 8 cn 3 3 k  3k   k 3  n   n3  c Giả thiết E() = hằng: E    E 3  3i 3 ikz / 2 sin kz / 2 E 3    3 E  z.e 3 8cn3 kz / 2 Hiệu suất THG: 2 I 3 L  9 3 3  2 2  sin kz / 2   eTHG    3  I  0 L  2  I  0  16 0 c n n3 2 4 3  kz / 2  Để có sóng THG thì điều kiện đồng bộ pha phải được thỏa mãn Δk = 0.     Tổng quát k  0  2k1  k1  k 3 Nếu môi trường tán sắc âm (n giảm khi  tăng) và các sóng vào không cộng tuyến thì điều kiện hợp pha được thỏa mãn theo sơ đồ  k1  k1  k1  k3  Trường hợp cộng tuyến k  0  3k   k 3  n    n 3  (1)  Biểu thức (1) thường không được thỏa mãn do môi trường bị tán sắc.  Tuy nhiên (1) có thể được thỏa mãn trong môi trường khí bằng cách trộn hai chất khí với nhau: Giả sử khí A tán sắc thường: n A 3   n A   và khí B tán sắc âm: n B 3   n B  theo tỷ lệ thích hợp Gọi np và nn là chiết suất của khí tán sắc dương và âm fp và fn là nồng độ riêng phần của chúng n   f n nn    f p n p   n3   f n n n 3   f p n p 3  Để có n()=n(3 ) =>f p n p    f n nn    f n nn 3   f p n p 3  f n n p 3   n p    f p n n    nn 3  5.3 Sự tự tụ tiêu Trong QTT, chùm sáng song song khi truyền qua môi trường sẽ bị khuếch tán ngang do nhiễu xạ. Ở k/c đặc trưng Rd chùm bắt đầu nhiễu xạ- độ dài nx: Rd = ka2/2; (1) với a là bán kính của chùm. Góc phân kỳ θd = 1,22λ/2ano (2) (1) và (2) không phu thuộc vào cường độ của chùm bức xạ Kết quả trên không còn đúng khi chiếu chùm laser công suất lớn vào chất lỏng, một số tt rắn. Nguyên nhân: ta có P = αE + βE2 + γE3 + … Vectơ cảm ứng điện D= εoεrE = εoE + P Độ điện thẩm tương đối εr = 1 + P/ εoE Chiết suất n 2 = εr Do đó khi chiếu ás có E đủ lớn vào môi trường phi tuyến bậc ba, ta có n2 = εr = 1 + α/εo + (3γ/4εo)Eo2 Đối với chùm Gauss, Eo tăng dần từ biên vào vùng trục nên n cũng tăng dần từ biên vào vùng trục → chùm tia bị hội tụ vào vùng trục: Sự tự tụ tiêu Nếu công suất chùm tia đạt giá trị ngưỡng: Pc = ncεoao2Eo2/2 = cεoλ2/8n2 thì sự hội tụ cân bằng với sự nhiễu xạ: chùm tia giữ nguyên song song khi truyền: sự tự bẫy. Nếu P > Pc chùm tia tự hội tụ. Khoảng cách hội tụ đối với chùm Gauss zf = zo(P/Pc - 1)-1/2 Các quá trình phi tuyến khác cản trở sự hội tụ đến bán kính w = 0. 5.4 Sự hấp thụ hai photon ás. Two – Photon Absorption (TPA) TPA là qt hai photon được hấp thụ đồ ...