光学非线性现象

题目(中)关于玻璃非线性现象讨论的评论(英) The comment about Nonlinear Optical Phenomena in Glass姓名 ： 王晓丹学号： 3110103948指导老师叶辉 年级与专业 大二光电信息工程 所在学院 求是学院 一．光学 Kerr 效应1. 什么是光学 Kerr 效应光学 Kerr 效应是一种四波混频的三阶光学非线性效应，其主要表现为材料的折射率与光场强度相关。克尔（Kerr）在 1875 年发现: 线偏振光通过外加电场作用的玻璃时, 会变成椭圆偏振光, 如图所示, 当旋转检偏器时, 输出光不消逝。在电场作用下, 玻璃由原来的各向同性变成了光学各向异性, 外加电场感应引起了双折射, 其折射率的变化与外加电场的平方成正比, 这就是著名的克尔效应。2. 光学 Kerr 效应的作用机理2. 1 介质的非线性电极化理论在入射光场作用下,组成介质的原子、分子或离子的运动状态和电荷分布都要发生一定形式的变化,形成电偶极子,产生电偶极矩并进而辐射出新的光波. 在此过程中,介质的电极化强度矢量 P 是一个重要的物理量. P 与入射光矢量 E 成非线性关系,即：P = ε0 (χ1 E + χ2 EE + χ3 EEE + ⋯) (1)式中 χ1 ,χ2 ,χ3 分别称为介质的一阶(线性) 、二阶、三阶(非线性) 极化率. 讨论表明 χ1 ,χ2 ,χ3 ⋯依次减弱,在普通光入射情况下,二阶以上的电极化强度均可忽略,介质只表现出线性光学性质. 而当用单色强激光入射, 光场强度| E| 的数量级可与| E0| (| E0| 为原子内平均电场强度大小) 相比或者接近, 二阶或三阶电极化强度的贡献不可忽略,就会产生非线性光学效应.既然介质中的感应电偶极子辐射出新的光波,产生非线性光学效应,那么新光波的光矢量如何由电极化强度决定呢? 这可以从麦克斯韦方程组推导出的波动方程加以说明.2. 2 非线性光学的量子理论解释采纳量子电动力学的基本概念去解释各种非线性光学现象，既能充分反映强激光场的相干波动特性,同时又能反映光场具有能量、动量作用的粒子特点，从而可对许多非线性光学效应的物理实质给出简明的图像描述。该理论将作用光场与组成介质的粒子(原子、分子) 看成一个统一的量子力学克尔效应实验示意图 体系而加以量子化描述，认为粒子体系在其不同本征能级间跃变的同时，必定伴随着作用光场光子在不同量子状态分布的变化(如光子的吸收、发射或散射等)，此时对整个物理过程的描述必须引入所谓中间状态的概念。在这种中间状态内，光场的光子数目发生...