第5章非线性折射率效应

5 1 第五章 非线性折射率效应 重点内容： 光学克尔效应——光致非线性折射率，0nnn ，非线性折射率与光强成正比， nI 。讨论自作用和互作用两种光克尔效应。 自聚焦效应——高斯光束横向光强分布不均匀性引起光束自聚焦或自散焦。讨论稳态和动态理论，及相关的时间和空间自相位调制现象。 5.1 光学克尔效应 光学克尔效应与克尔电光效应，两个效应基于不同机理： 克尔电光效应——线偏振光通过加有静电场的透明介质（如玻璃）感生双折射，变成椭圆偏振光的现象。两垂直偏振的 o 光与 e 光的折射率的差与外加电场强度成正比，0n Ε 。这是线性光学效应。 光学克尔效应——光电场直接引起的折射率变化的效应，其折射率变化大小与光电场的平方成正比，2nE 。 n称为非线性极化率，相应于三阶折射率实部的变化，是三阶非线性光学效应。被称作光学克尔效应，或简称为克尔效应。具有克尔效应的介质称为克尔介质。 演示光克尔效应，需要两种光： 泵浦光——产生非线性极化率的强光； 信号光——探测非线性极化率的弱光。 产生非线性极化率的方式不同，有两种光克尔效应： 自作用光克尔效应： 用信号光本身的光强泵浦，引起相应于信号光频率 的介质折射率变化，同时由信号光直接探测。 交叉（互）作用光克尔效应： 用频率（' ）不同（或偏振方向不同）的强泵浦光，引起相应于信号光频率 的介质折射率变化，同时用频率为 的信号光探测。 52 两种光克尔效应：(a) 自作用克尔效应；(b)互作用克尔效应 设信号光频率为 ，泵浦光频率' 自作用和互作用克尔效应的非线性极化强度分别表示为： 2(3)(3)0( )3( ; ,, )( )( )PEE    (5.1.1) 2(3)(3)0( )6( ; ',', )( ')( )PEE    (5.1.2) 在光波传输过程中，介质折射率变化会引起光的相位变化。 一个沿 z方向传播的单色波()( , )( )i kztzz eEE，传至Lz 处，引起介质折射率变化n，光波的相位变化为 nLnLckL02 (5.1.3) 表明光致折射率变化调制了相位；对自作用光克尔效应和交叉作用光克尔效应，相应地存在着自相位调制（SPM）和交叉相位调制 (XPM)。 5.1.1 自作用光克尔效应 以下推导频率为的光的自作用光克尔效应折射率与光场的关系。 仅考虑一阶和三阶效应： 一阶极化率 (1)(1)(1)'''i 三阶极化率 (3)...