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参量与非弹性过程在光子学设计中的重要性

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于完全依赖于参数χ,所以该过程称为“参量非线性效应”。然而,材料还具有另一种非线性光学效应,即“非弹性效应”。相关内容涉及原始辐射的“非弹性”散射。“非弹性”一词的含意是,原子中电子的“调制”效应,并非简单地使光能量在其他光波中重新得到分配,而是转换为其他形式的能量。若是由于包含有大量分子的整体移动所致,如声波通过材料传播,就称为布里渊效应。

参量与非弹性过程在光子学设计中的重要性

在讨论非线性光学时,已经研究过非线性介质体积磁化率χ的影响。现在,根据本书4.2节的解释,χ代表施加电场可以将正负电荷中心分开的难易程度。并且,由于电子比正电荷更容易移动,所以这种分离完全是由于电子所带电荷的分布移动所致。因此,可以得出结论:至今讨论的非线性过程都是原子中电子对企图将其推到线性移动范围之外的电场所完成的准瞬时响应。由于完全依赖于参数χ,所以该过程称为“参量非线性效应”。

然而,材料还具有另一种非线性光学效应,即“非弹性效应”。相关内容涉及原始辐射的“非弹性”散射。“非弹性”一词的含意是,原子中电子的“调制”效应,并非简单地使光能量在其他光波中重新得到分配,而是转换为其他形式的能量(如热能或声能)。

两种最著名的非弹性散射效应是拉曼(Raman)效应和布里渊(Brillouin)效应。传统上是根据多普勒(Doppler)频移解释这两种效应:当光入射到一个运动的原子或分子上,散射光的频率将按照多普勒频移规律变化;如果该散射体移离入射光,或者材料整体移动,或者是分子内电子振荡,则散射光频率都将向减小的方向漂移,若移向散射体,就向增大的方向漂移。向小值方向漂移,或者具有更低频率的散射光称为斯托克斯辐射,向大值方向漂移的散射光称为反斯托克斯辐射(在前面介绍FPM的章节中,表示为ωsωa)。

然而,应当强调,在约106数量级中只有一个光子参与频率漂移的斯托克斯或反斯托克斯过程,绝大多数光子都以相同频率再次辐射,形成本书4.2节讨论过的瑞利(Rayleigh)散射。(www.xing528.com)

如果频率漂移是由分子振动或旋转所致,该现象就称为拉曼效应。若是由于包含有大量分子的整体移动所致,如声波通过材料传播,就称为布里渊效应。

当然,所有这些运动都被定量在分子级别上,能量转换也只能发生在互不关联的能级之间,在拉曼散射中光子与光子之间,以及布里渊散射中光子和“声子”(声能中的定量单位)之间会出现散射。

首先讨论拉曼散射。

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