Generacja drugiej harmonicznej - Uniwersytet Mikołaja Kopernika

Pracownia OptoelektronikiGeneracja II harmonicznej światłaI. Cel zadaniaCelem zadania jest poznanie podstaw jednego z najważniejszych efektów optyki nieliniowej -generacji drugiej harmonicznej światła.II.WstępPrzy dużych gęstościach energii świetlnej dostępnych dzięki laserom pojawiły się możliwościbadania optycznych zjawisk nieliniowych, często przewidywanych wcześniej teoretycznie.U podłoża zjawisk nieliniowych leży oddziaływanie światła z kryształami. Jądrai związane nimi elektrony tworzą w ciele stałym elektryczne dipole, które wykonują wymuszoneprzez silne pole elektromagnetyczne oscylacje. Już z klasycznej teorii elektromagnetyzmuwynika, że drgające dipole są same źródłem promieniowania. Jeżeli amplituda drgańjest mała, wtedy dipole emitują promieniowanie o tej samej częstości co padające. Przywzroście gęstości promieniowania drgania stają się nieliniowe, w wyniku czego generują sięwyższe harmoniczne częstości wymuszającej fali elektromagnetycznej.Wielkością związaną z momentami dipolowymi jest elektryczna polaryzacja P (momentdipolowy na jednostkę objętości), którą wyraża się w postaci szeregu rozwiniętego względemnatężenia polaP =ε 0 (χE +χ 2 E 2 +χ 3 E 3 + ...)(1)gdzie: χ jest liniową podatnością , a χ 2, χ 3,... są nieliniowymi współczynnikami optycznymi.Nieliniową zależność między P i E przedstawia rys. 1.PE 0E 0ERys. 1. Przykładowa zależność polaryzacji ośrodka nieliniowego od natężeniapola elektrycznego fali elektromagnetycznej. E 0jest amplitudą pola z rys. 2Jeżeli natężenie pola elektrycznego fali EM ma postać funkcji harmonicznej(2)E = E 0 sinωt,to polaryzacja wyrazi się następującym wzoremP =ε 0 ⎡ ⎣ χE 0 sin(ωt)+χ 2 E 0 2 sin 2 ω t + ...⎤ ⎦ =(3)=ε 0 χE 0 sin(ω t)+ 1 2 χ 2E 0 2 [1 − cos (2ω t)] + ....VI - 1