Hidenori Noguchi, Kohei Uosaki, Nanolayer tadqiqotida, 2017 yil

Yig'indi chastotasini yaratish spektroskopiyasi orqali o'rganilayotgan qattiq sirtdagi interfaal molekulyar struktura va dinamika
Hidenori Noguchi , Kohei Uosaki , Nanolayer tadqiqotida , 2017 yil
To'liq bobni o'qingPDF ko'rishKitob yuklab olish
Nanosilikon
Plazmonika va Fullerinlarda nano kremniyning asoslari va qo'llanilishi , 2018
9.6 Nano kremniydagi optik nochiziqlik
Muhitda tushgan lazer nurlanishining E elektr maydoni mavjud bo'lganda, lazer nurlanishining E elektr maydonining ō chastotasida muhitda induktsiyalangan qutblanish P mavjud . Past lazer intensivligida P chiziqli ravishda E ga ch bilan to'liq tavsiflanadi .. Ushbu chastotadagi materialning chiziqli optik xususiyatlari n sinishi indeksi yoki nisbiy dielektrik doimiyligi yoki sezgirlik bilan to'liq tavsiflanadi.
Etarlicha yuqori lazer intensivligida P E ga chiziqli bog'liqligidan chetga chiqadi . P uchun ifoda E da yuqori tartibli terminlarni o'z ichiga oladi . Elektr dipol yaqinlashuvida P ni Teylor qatorida matematik tarzda ifodalash mumkin:
Bu erda ɛ ₀ , ch va E mos ravishda bo'sh joyning dielektrik o'tkazuvchanligi, n-tartibli sezgirlik tenzori va muhitdagi elektr maydoni. Shuni ta'kidlash kerakki, bu ifoda faqat rezonansli bo'lmagan optik chastota uchun qo'llaniladi va E juda katta emas, shuning uchun ketma-ket kengayish tez birlashadi.
Chiziqli bo'lmagan optik hodisalar chastota konvertatsiyasi, optik kommutatsiya, optik cheklash va optik mantiqiy zanjirlar va boshqalar uchun turli xil qurilmalarni ishlab chiqishda foydalaniladi. Bu sezuvchanlik faqat materialning xususiyatlari bo'lib, atomlar/molekulalarning elektron tuzilishiga, shuningdek ularning geometrik tuzilishiga bog'liq. ommaviy ravishda tartibga solish. Ikkinchi muddat Â (2) EE kvadratga egaelektr maydoniga bog'liqlik E. Bu ikkinchi tartibli qutblanish elektro-optik effekt, ikkinchi garmonik hosil qilish, yig'indisi chastota hosil qilish va boshqa ikkinchi darajali jarayonlarni keltirib chiqaradi. ch (3) EEE bilan belgilangan uchinchi tartibli polarizatsiya uchinchi garmonik hosil bo'lish, optik faza konjugatsiyasi va muhitda intensivlikka bog'liq bo'lgan yutilish va sinishi uchun javobgardir.
Misol 9.9 Si va oltin nanozarrachalarning tarqalishi
Biz oltin nanozarrachalarning yorug'lik tarqalishini bir xil diametrli kremniy nanozarrachalari bilan solishtiramiz ( 9.14-rasm). Nanozarrachalar diametri 180 nm.
9.10-misol ultra kichik dielektrik nanozarrachalarning yaqin maydonda tarqalishi : Nano Jet va cımbız [23]
Oltin nanozarrachalarning yorug'lik tarqalishini bir xil diametrli (diametri 180 nm) kremniy nanozarralari bilan solishtirish.
Radiusli nanozarra uchun intensivlikning (elektr maydonining kvadrati) yaqin maydon taqsimotiR = 1,8 nm ( D = 3,6 nm)Biz sinishi indeksi 1.33, 2.5 va 4 bo'lgan dielektrikning uchta holatini ko'rib chiqamiz. tushayotgan yorug'lik to'lqin uzunligi 496 nm, elektr maydon kuchi E ₀ . Dielektrik zarrachalar tomonidan yorug'likning tarqalishi Mie nazariyasi yordamida hisoblanadi.
9.15 -rasmda A–C da turli xil sindirish ko'rsatkichlari uchun yaqin sohadagi elektr maydonining (intensivligi) kvadratlari ko'rsatilgan. Elektr maydonining intensivligi sinishi indeksining ortishi bilan yaqin maydon hududida ortadi, mos ravishda. Nanozarrachalar radiusi oshgani sayin, Mie tarqalishi 9.12-rasmda ko'rsatilganidek, ba'zi bir yo'nalishni ko'rsatadi . Bu nanojet (yo'nalishda kontsentrlangan elektromagnit nurlanish) deb ham ataladi. Yuqori intensivlikdagi mahalliylashtirilgan hududlar, masalan, zarracha yaqinidagilar, gradient kuchlari tufayli dielektrik zarrachalarni ushlab qolishi mumkin (bular dielektrik o'tkazuvchanligi o'rtadan yuqori bo'lgan zarracha tufayli paydo bo'ladigan kuchlar. Agar nurning fokusi ob'ekt ustida bo'lsa, 9.16 -rasmda tasvirlanganidek, ob'ektni diqqat markaziga qarab yuqoriga ko'tarish uchun kuch hosil bo'ladi .
Shuni ta'kidlash kerakki, bu nanojetlar texnologik jihatdan muhim, chunki ular Raman signallarini kuchaytirish uchun ishlatilishi mumkin. Zarracha va uning nanojeti boshqariladigan tarzda harakatlantirilishi va optik cımbız yordamida nano o'lchamli Raman probi sifatida ishlatilishi mumkin. Nihoyat, biz 3,6 nm diametrli silikondan foydalanamiz va 9.17 -rasmda ko'rsatilganidek, uni 3,6 nm diametrli oltin bilan solishtiramiz . Silikon korpusda rezonanslar topilmadi. Infraqizilda tahlillar shuni ko'rsatadiki, 800 nm dan ortiq infraqizilda faollik yo'q. U juda kam emilim bilan faqat sochilishga asoslangan. Oltin zarrasi 500 nm da rezonansni faqat yutilishga asoslangan holda juda kam sochilish bilan namoyon qiladi. 700 nm dan ortiq faollik yo'q.
Masalan, ch(2) inversiya simmetriyasiga (tsentrosimmetriya) ega bo'lgan materiallar uchun yo'qoladi, masalan, ommaviy kremniy . Kremniy kristalining tuzilishi inversiya simmetriyasini (tsentrosimmetriya) namoyon qiluvchi kubik simmetriyaga ega. Ammo kristall juda kichik bo'lganda, u o'zining qattiqligini yo'qotadi va atomlar, ayniqsa sirtdagi atomlar qayta sozlanadi, bu esa kub tuzilishini o'zgartiradigan va simmetriyani buzadigan butun zarracha bo'ylab kuchlanishni keltirib chiqaradi. Simmetriyaning buzilishi uning yorug'lik bilan o'zaro ta'siriga fundamental ta'sir ko'rsatadi.9.20 A-rasmda 1 nm zarrachada sodir bo'ladigan bitta nazariy jarayon ko'rsatilgan bo'lib, unda ba'zi sirt atomlari vodorod atomlarini yo'qotadi, har biri bir-biriga qarab 1,5 Å gacha siljiydi, so'ngra Si-Si dimerini hosil qilish uchun qayta qurish/ulanish sodir bo'ladi. tizimlar kabi.
Ushbu mexanizmni sinab ko'rish uchun ko'k lyuminestsent 1 nm nanozarrachalar ishlatilgan. Suvdagi erituvchida tayyorlangan zarralar qurilma sifatli kremniyda quritilgan, bu ularga 9.20-rasmdaB. Mikrokristallitlar _keyin 800 nm to'lqin uzunligida yuqori intensivlikdagi yaqin infraqizil femtosekundli lazer bilan hayajonlandi. 9.20-rasmC turli kristalitlardan emissiyaning bir nechta ramkalarini ko'rsatadi. U kuchli keng ko'k lyuminestsent diapazonni, shuningdek, tushayotgan nurning to'lqin uzunligining yarmida (ikkinchi harmonik) raqobatdosh o'tkir nurlanishni ko'rsatadi. Ikkinchi garmonik anti-ning intensivligi rasmda ko'rsatilganidek, keng tarmoqli luminesans bilan bog'liq. O'tkir va keng tarmoqli javob yorug'lik bilan juda kuchli bog'lanishni va ikkinchi darajali chiziqli bo'lmagan hodisalarning paydo bo'lishini ko'rsatadi. Moviy lyuminesans bandining qo'zg'alishi ikki foton qo'zg'alishini ko'rsatadijarayon, ikkinchi garmonik esa sentrosimmetriyaning buzilishini bildiradi. AQSh armiyasining qurilish muhandislik tadqiqot laboratoriyasi (CERL) Charlz Marsh va Ghassan Alchaar bilan hamkorlikda o'tkazilgan boshqa nazariy simulyatsiya va o'lchovlar mexanik kuchlanish bir necha GPa bosimga to'g'ri keladigan juda yuqori ekanligini ko'rsatdi.[25] . Sirtdagi atomlar yuqori kuchlanish ostida bo'lganligi sababli, ular kuchlanishni engillashtirish uchun katta amplitudali molekulyar tebranishlarni boshdan kechirishi mumkin [26] ; va shuning uchun ham termal va mexanik stimullarga samarali ulanishi mumkin. Kremniydagi ikkinchi darajali nochiziqlilik optikada boshqa istiqbolli ilovalarni, jumladan modulyatsiya, kuchaytirish, daromad va lazer ta'sirini va signalni qayta ishlashni ochib beradi [27] .

Toʻliq oʻlchamdagi rasmni yuklab olish uchun tizimga kiring
9.20-rasm . 1-nm kremniy zarralarining mikro-kristallitlarining 780-nm yaqin infraqizil femtosekundli qo'zg'alishga javobi.
(A) Kremniyning kristall simmetriyasini buzadigan sirtni qayta tiklash modeli. (B) Qayta tiklangan mikrokristallarning tasviri. (C) Ikki fotonli qo'zg'alishni ko'rsatadigan kuchli ko'k lyuminestsent tasma, shuningdek, tushayotgan nurning to'lqin uzunligining yarmida raqobatlashadigan o'tkir nurlanish. Ikkinchi garmonik antining intensivligi keng tarmoqli luminesans bilan bog'liq.
Misol 9.11 Yadro-qobiq tuzilmalari (Burchak taqsimotini boshqarish) [24]
Biz yadro qobig'i nanozarrachalarining yorug'lik tarqalishining burchak taqsimotini o'rganamiz. Arxitektura bir vaqtning o'zida turli darajadagi elektr va optik induktsiyalangan magnit rezonanslarni qo'llab-quvvatlashni va'da qiladi.
Dipol rezonansi to'rt kutupli rezonansga nisbatan: 9.18-rasmda ko'rsatilgan strukturaA radiusi 250 nm va sinishi indeksi 2,5 ga teng kumush yadrodan iborat. Mie nazariyasi turli xil plazmon rezonanslari, shu jumladan E-dipol va E-Qudrupol uchun javob beradi. Shuningdek, u M-dipol va M-quadrupol beradi. Rasmda tushayotgan yorug'likning to'lqin uzunligiga bog'liq bo'lgan tarqalish kesimi Q tasvirlangan. Konfiguratsiya E-dipol va M-dipol o'rtasidagi A nuqtada rezonansni ko'rsatadi. Bir xil amplitudali ikkita javob. Boshqa tomondan, kumush yadro hajmi kattalashganda va qobiq qalinligi umumiy o'lcham bir xil bo'lishi uchun yupqalashtirilsa, rezonans E- va M- to'rt qutblar orasidagi teng amplitudali B nuqtaga o'tadi. A nuqtadagi shovqin oldinga nanojet ishlab chiqaradi. Ammo B nuqtadagi interferensiya oldinga keskinroq tarqalishni beradi.
Orqaga tarqalishni bostirish va bir-birining ustiga chiqadigan elektr va magnit dipollarga tayangan holda oldinga tarqalishni kuchaytirish yondashuvidan farqli o'laroq (8.9-misollarda keltirilgan), bu natija oldinga tarqalishning yo'nalishini yuqori tartibli elektr shovqinlari orqali yanada yaxshilash mumkinligini ko'rsatadi. va magnit rejimlar. Asosiy hissa qo'shadigan elektr va magnit reaktsiyalar yaqin kattaliklarga sozlanishi mumkin bo'lganligi sababli, nanoantennalar, fotovoltaik qurilmalar , bio-sezgilar va boshqalar uchun yangi imkoniyatlarni taqdim etishi mumkin bo'lgan orqaga tarqalishni bostirish xususiyatini buzmasdan, bitta nanozarrachalar tomonidan ultra yo'nalishli oldinga tarqalishiga erishish mumkin. boshqa ko'plab fanlararo tadqiqotlar.
Comarionn uchun biz radiusi 250 nm bo'lgan sof kremniydan (sinishi indeksi 3,4) tayyorlangan bir hil nanozarrachalar uchun natijalarni taqdim etamiz. Garchi C nuqtasida rezonans mavjud bo'lsa-da, lekin intensivliklarga mos keladigan nazorat qilish uchun etarli parametrlar mavjud emas. Shuning uchun interferentsiya jarayoni oldinga yaxshi sochilish hosil qila olmaydi.
Endi biz 9.19 -rasmda ko'rsatilganidek, yadro dielektrik va qobiq metall bo'lgan anter yadrosi-qobiq strukturasini sinab ko'rishimiz mumkin . Mos keladigan rezonans (to'lqin uzunligi va kesma) oldinga tarqalishni beradi. Bu 9.19 -rasmning ikkinchi qatorida ko'rsatilgan sof kremniy qutisi bilan juda ijobiy taqqoslanadi .
Uchinchi tartibli nochiziqli sezuvchanlik, shuning uchun chiziqli bo'lmagan sinishi ko'rsatkichi ikkita usul yordamida o'rganildi: Z-skanerlash va optik chekka naqsh usullari. Oxirgi usul Si nanozarrachalari uchun kam o'rganilgan; ammo Z-skanerlash usuli ko'plab tadqiqot guruhlari tomonidan Si nanostrukturalarida kvant cheklanishining hissasini olish uchun keng qo'llanilgan . Ushbu texnikada namunaning o'tkazuvchanligi T ( x ) o'lchanadi.
9.21-rasmda Z-skanerlash texnikasini o'rnatishning umumiy sxemasining sxemasi keltirilgan. An'anaviy Z-skanerlash tajribasida chiziqli bo'lmagan namuna fokuslangan lazer nurlari yo'liga joylashtiriladi. Namuna fokuslangan lazer nuri ( Z o'qi) orqali skanerlanadi. Muhitning o'tkazuvchanligi fotodetektor tomonidan qayd etiladi . Normallashtirilgan o'tkazuvchanlik fokus tekisligiga nisbatan o'lchangan namuna holati (z) funktsiyasi sifatida chiziladi. Natija namunaning chiziqli va chiziqli bo'lmagan yutilishlari tufayli yo'qotishlarni beradi. Ushbu sxemadan foydalanib, chiziqli bo'lmagan yutilish koeffitsientini olish mumkin. Agar uzatilgan yorug'likuzoq sohadagi cheklangan diafragma orqali o'lchanadi, u yopiq diafragma Z-skaneri deyiladi; aks holda u ochiq diafragma Z-skaneri deyiladi.

Toʻliq oʻlchamdagi rasmni yuklab olish uchun tizimga kiring
9.21-rasm . Katta kremniy nanozarrachalarining chiziqli bo'lmaganligini o'lchash.
(A) Z-skanerlash texnikasini o'rnatishning umumiy sxemasining sxemasi. (B) manfiy va musbat sindirish ko'rsatkichlari uchun namunaning joylashuviga qarab normallashtirilgan o'tkazuvchanlik.
Nonlineerlikka bir qancha hissalar mavjud. Elektron hissa bog'langan elektronlar ishtirokidagi optik o'tishlardan kelib chiqadi (masalan, ikkinchi va uchinchi harmonik avlod). Ushbu hissaning vaqt shkalasitartibi 10 ⁻¹⁵ s. Boshqa hissalar elektron bo'lmagan xususiyatga ega. Bu tebranish, elektrostriktiv va issiqlik jarayonlari natijasida yuzaga keladigan radiatsiyaviy bo'lmagan o'zaro ta'sirlar. Vibratsiyali javob vaqti 10 ⁻¹³ s, elektrostriktiv javob vaqti esa 10 ⁻⁸ s. Harorat va zichlikning o'zgarishiga asoslangan termal noelektron chiziqli bo'lmaganlar uzoqroq vaqt oralig'ini ko'rsatadi.
Namuna nurli fokus bo'ylab harakatlanayotganda ( z = 0 da), o'z-o'zini fokuslash yoki defokuslash to'lqinning oldingi fazasini o'zgartiradi va shu bilan aniqlangan nur intensivligini o'zgartiradi. Fokusdan oldingi o'tkazuvchanlik maksimal (cho'qqi), undan keyin fokusdan keyingi o'tkazuvchanlik minimal (vodiy) salbiy chiziqli bo'lmaganlikning Z-skanerlash belgisidir. Teskari Z-skanerlash egri chizig'i (ya'ni, cho'qqidan keyin vodiy) musbat chiziqli bo'lmaganlikni tavsiflaydi. 9.21 B-rasmda bu ikki holat tasvirlangan.
Ushbu texnikada eksperimental ravishda o'lchangan yopiq diafragma o'tkazuvchanligi T ( x ) birinchi navbatda fazalar siljishi D s va shuning uchun n ₂ ni aniqlash uchun quyidagi ifodalar bilan jihozlangan [28]
Bu erda x = z / z ₀ , fokus nuqtasidan qisqargan masofa sifatida aniqlanadi, z mutlaq uzunlamasına masofa va z _{0 nurning} Rayleigh diapazoni va D s - faza o'zgarishi. Ikkinchidan, faza o'zgarishi D s nochiziqli koeffitsient n _{2 (SI birliklarida) bilan bog'liq bo'lganligi sababli, ikkinchi} tenglama orqali chiziqli bo'lmagan koeffitsientni hisoblash mumkin. Bu ifodalarda a , I ₀ va lmos ravishda ishlatilgan to'lqin uzunligidagi chiziqli yutilish koeffitsienti, fokus holatidagi eng yuqori intensivlik va namunaning qalinligi.
Sinishi indeksining chiziqli bo'lmagan koeffitsienti turli xil ishlab chiqarish usullari bilan tayyorlangan Si nanozarralari uchun turli to'lqin uzunliklarida (yoki qo'zg'alish energiyalarida) va vaqt shkalalarida (mikro soniyadan femto-sekundgacha) tahlil qilingan. Quyidagi umumiy xususiyatlar xulosa qilindi. (i) Si nanozarrachalarining optik nochiziqliliklari ommaviy Si dan nisbatan kattaroq va optik tolali to'lqin uzunliklarida silika dioksididan taxminan 200 baravar katta, bu tizimni chiziqli bo'lmagan optikada qo'llash uchun yaxshi nomzod qiladi. (ii) Uchinchi tartibli optik nochiziqlik va shuning uchun Si nanozarrachalarining chiziqli bo'lmagan sinishi indeksining elektron kvant cheklash effekti bilan kuchli bog'liqligi ko'rsatilgan. (iii) Intraband oʻtishlari bilan bogʻliq boʻlgan elektron sezuvchanlik, oʻlchami 2 nm dan past boʻlgan Si nanozarrachalari uchun kvant cheklovi natijasida yuzaga kelgan diskret darajalar oʻrtasida elektron oʻtishlar paydo boʻlishi tufayli yuqori darajada rivojlanganligi aniqlandi. Darhaqiqat, yaqinda Si nanozarralarining chiziqli bo'lmagan optik xususiyatlaridan foydalanadigan sekundiga gigabit rejimida ishlaydigan to'liq optik mantiqiy eshik ko'rsatildi, chunki tashqi optik oqimlarni qo'llash orqali ham assimilyatsiya koeffitsienti, ham sinishi indeksi osongina boshqarilishi mumkin.

Toʻliq oʻlchamdagi rasmni yuklab olish uchun tizimga kiring
Munir Nayfeh AUBda bakalavr/magistr darajasini va Stenford universitetida atom fizikasi bo‘yicha PhD darajasini olgan. U Oak Ridj milliy laboratoriyasida postdok, Yel universiteti o‘qituvchisi va Argonna milliy laboratoriyasida maslahatchi bo‘lgan va hozirda Illinoys universiteti professori. U "Elektr va magnitlanish" ning hammuallifi, lazerlar bo'yicha uchta kitobning muharriri va kremniy nanotexnologiyasi bo'yicha ushbu kitobning muallifi. U “Dr. Nano,” bolalar va oddiy odamlar uchun nanotexnologiyani soddalashtirish. U Oak Ridge milliy laboratoriyasidagi hamkasblari bilan yagona atomlarni aniqlash protseduralari va nanofabrikasiya uchun STM asosidagi protseduralarni ishlab chiqdi., va kristalli kremniyni 3 nm ostidagi ultra yorqin nanozarrachalarga tarqatish tartib-qoidalari, qayta tiklanadigan energiyani yig'ish va saqlash va yoritish, nanoelektronika hamda biomeditsinada turli xil ilovalarga ega ilg'or qurilmalarni ishga tushirish potentsiali. U Si nanomaterialini va uning ilovalarini targ'ib qilish uchun bir qator kompaniyalarga asos solgan : NanoSi Advanced Technologies, Nano Silicon Solar, Parasat-Nanosi va Reach-NanoSi, ular nanosilikon bo'yicha 23 AQSh patenti bilan qo'llab-quvvatlanadi.
To'liq bobni o'qingPDF ko'rishKitob yuklab olish
Ultrafast va intensiv maydonli chiziqli bo'lmagan optika
Robert V. Boyd , chiziqli bo'lmagan optika (To'rtinchi nashr) , 2020 yil
13.4 Intensiv maydonning chiziqli bo'lmagan optikasi
Ko'pchilik chiziqli bo'lmagan optik hodisalar ^{⁎ moddiy qutblanish qo'llaniladigan elektr} maydoni amplitudasi bir kuch qator sifatida kengaytirilishi mumkin, deb faraz bilan tasvirlangan bo'lishi mumkin . Bu munosabat eng sodda shaklda berilgan
(13.4.1)
Biroq, etarlicha katta maydon kuchlari uchun bu quvvat seriyasining kengayishi yaqinlashmaydi. Biz 6 -bobda ko'rdikki, rezonansli sharoitlarda, agar Rabi chastotasi bo'lsa, bu quvvat seriyasining tavsifi buziladilazer maydonining atom bilan o'zaro ta'siri bilan solishtirish mumkin bo'ladi, qayerdaatomning hayajonlangan holatining umri. Biroq, tenglamaning quvvat seriyasining tavsifi. (13.4.1) hatto yuqori rezonanssiz sharoitlarda ham o'z kuchini yo'qotishi mumkin. Misol uchun, agar lazer maydonining amplitudasi E atom maydoni kuchi bilan taqqoslansa yoki undan katta bo'lsa , bu tenglama haqiqiy emas bo'ladi.
(13.4.2)
^† lazer intensivligiga mos keladi
(13.4.3)
Haqiqatan ham, 10 ²⁰ Vt/sm ² dan katta intensivlik hosil qiladigan lazerlar hozirda mavjud (masalan, Mourou va boshq., 1998 ga qarang ). Ushbu bobning qolgan qismida biz bunday intensivlikdagi maydonlardan foydalanish natijasida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan ba'zi jismoniy hodisalarni o'rganamiz. Ushbu mavzu bo'yicha qo'shimcha ma'lumotni, masalan, Brabec and Krausz (2000a) sharh maqolasida topishingiz mumkin .
Keling, intensiv maydonli chiziqli bo'lmagan optikani tavsiflash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan kontseptual asosni qisqacha ko'rib chiqishdan boshlaylik. Eslatib o'tamiz, 3 -bobda keltirilgan chiziqli bo'lmagan optik sezgirlikning kvant-mexanik hisobi lazer maydoni mavjud bo'lgan atomning Gamiltonian ko'rinishini nazarda tutadi.
(13.4.4)
qayerdaizolyatsiya qilingan atomning Gamiltonianidir vaatomning lazer maydoni bilan o'zaro ta'sir qilish energiyasini ifodalaydi. Keyin Shredinger tenglamasi bu Gamiltonian uchun faraz ostida tebranish nazariyasi yordamida echiladi.. Intensiv maydonli chiziqli bo'lmagan optika uchun bu tengsizlikning tabiati teskari, ya'ni o'zaro ta'sir energiyasidir.dan ancha katta. Ushbu kuzatish shuni ko'rsatadiki, intensiv lazer maydonidagi erkin elektronning harakatini hisobga olgan holda intensiv maydonli chiziqli bo'lmagan optikani o'rganishni boshlash foydali bo'ladi .
To'liq bobni o'qingPDF ko'rishKitob yuklab olish
NOCHIZIQLI OPTIKA, ASOSLARI | ch(3)–Uchinchi garmonik avlod
BY Soon , JW Haus , Zamonaviy optika entsiklopediyasida , 2005 yil
Polarizatsiya va uchinchi darajali sezuvchanlik
THG chiziqli bo'lmagan optik hodisa bo'lib, u erda burchak chastotasi ō nuri uch baravar yuqori bo'lgan 3ō burchak chastotasida yorug'likka aylanadi. Yorug'lik fotonlar deb ataladigan zarralardan iborat bo'lib, chiziqli bo'lmagan muhit ō chastotali uchta fotonni yo'q qilish jarayonini ta'minlaydi, bunda 3ō chastotali bitta foton hosil bo'ladi. Chiziqli bo'lmagan o'zaro ta'sirlar ketma-ket yoziladigan polarizatsiya yoki birlik hajmdagi dipol momentiga kuchli bog'liq.
[1]
Bu erda ch - optik materialning sezgirligi, qavs ichidagi ch ning yuqori belgisi chiziqli bo'lmaganlik tartibini bildiradi, t - vaqt o'zgaruvchisi, E - elektr maydoni. Elektr maydoni ham, qutblanish ham vektordir; shuning uchun sezuvchanliklar tenzorlardir. Birinchi darajali yoki chiziqli sezuvchanlikikkinchi tartibli tenzor hisoblanadi. Bu atama P ^L bilan belgilangan muhitning chiziqli polarizatsiyasini tashkil qiladi . U to'qqizta elementga ega, ammo panjara simmetriyasiga qarab faqat uchta mustaqil elementga ega. Boshqa atamalar muhitning chiziqli bo'lmagan polarizatsiyasi uchun kengayishni anglatadi, P ^NL . E'tibor bering, "L" va "NL" ustunlari mos ravishda chiziqli va chiziqli bo'lmagan qutblanish hissalarini bildiradi. Uchinchi darajali sezuvchanliktoʻrt darajali tensor boʻlib, odatda 81 ta elementga ega (3×3×3×3=81). Asimmetrik kristalli qattiq jismlarda barcha 81 element nolga teng bo'lmagan qiymatga ega va mustaqil bo'lishi mumkin. Boshqa optik materiallarda simmetriyaning yuqori darajasi bilan 81 ta element endi mustaqil emas va shuning uchun mustaqil elementlarning sonini kamroq raqamga kamaytirish mumkin. Misol uchun, shisha, suyuqlik yoki bug 'kabi izotropik material faqat uchta mustaqil elementga ega. Misol uchun, biz umumiy holatni ko'rib chiqamiz, bunda qo'llaniladigan chastotalar ō ixtiyoriydir va uchinchi sezuvchanlik quyidagicha beriladi.
[2]
Yuqori skript olib tashlanganiga e'tibor bering. Izotropik materialda koordinata o'qlari ekvivalent bo'lishi kerak. Shunday qilib, sezgirlik tomonidan berilgan simmetriya mavjud
[3a]
[3b]
[3c]
[3D]
Izotropik material uchun [3a]–[3d] tenglamalarida keltirilganidek, nolga teng boʻlmagan 21 ta element mavjud, chunki bu elementlarda juft marta paydo boʻladigan Dekart indeksi (1, 2 yoki 3) mavjud. Indeks soni toq ko'p bo'lgan elementlarning yo'qligi sababi, masalan,da javob beradida qo'llaniladigan maydon tufayli yo'nalishyo'nalishi. Bu javob izotropik materialda yo'qolishi kerak, chunki javob izotropik moddada bo'lishi uchun hech qanday sabab yo'qemas, balki yo'nalishyo'nalishi. Xulosa qilib aytganda, izotrop materialning uchinchi darajali sezuvchanligidagi elementlar quyidagi munosabatlarga ega.
[4]
bu yerda d - Kronecker delta funksiyasi; u birlik qiymatiga ega,agar va faqat i = j bo'lsa, aks holda u nolga teng,. Shunday qilib, biz [4] tenglamadan izotrop materialda faqat uchta mustaqil element mavjudligini ko'ramiz. Kristalli materiallar ko'proq mustaqil komponentlarga ega va ular 32 kristal sinflari uchun aniqlangan. Ushbu kristalli sinflar uchun elementlar o'rtasidagi munosabatlar Boyd va Butcher va Kotter kitoblarida keltirilgan.
Materialning blok diagrammasi THG ni ko'rsatadi va uning mos keladigan energiya darajasi diagrammasi 1 -rasmda tasvirlangan . Shakl 1a ko'rsatadiki, ō chastotali maydonlar ch ³ optik materialni qo'zg'atadi va asosiy garmonik maydon qoldig'i bilan uchinchi garmonik maydon hosil qiladi. Shakl 1b ko'rsatadiki, uchinchi harmonik avlodda ō chastotasining uchta fotonlari 3 ō chastotali foton hosil qilish uchun yo'q qilinadi .

Toʻliq oʻlchamdagi rasmni yuklab olish uchun tizimga kiring
1-rasm . Uchinchi garmonik (a) blok diagrammasi; va (b) energiya darajasi tavsifi.
Uchinchi garmonik avlod uchun sezuvchanlikning chastotaga bog'liqligi quyidagicha ifodalanadi. Nochiziqli sezuvchanlikning ichki almashtirish simmetriyasi bilan sezuvchanlik tensorining elementlari shunday munosabatga ega bo'ladiki. Shunday qilib , uchinchi garmonik avlod uchun ekn [4] ni yanada qisqartirishimiz mumkin
[5]
Demak, uchinchi garmonik sezuvchanlik tenzori faqat bitta mustaqil elementga ega ekanligini ko'ramiz.
Bo'limni ko'rishKitob sotib olish
Chiziqli bo'lmagan optik texnikaga asoslangan optik ishlash monitoringi
Daniel C. Kilper , Optik ishlash monitoringi , 2010 yil
11.3 Nochiziqli optikadan foydalangan holda OPM texnikasi
11.1-jadvalda nochiziqli sezuvchanlikning turli tartiblari bilan bog'liq OPM texnikasida qo'llaniladigan umumiy chiziqli bo'lmagan optik hodisalar ro'yxati keltirilgan. Ushbu effektlar bilan bog'liq OPM texnikasini tavsiflovchi ko'plab maqolalar uchun havolalar berilgan. O'quvchi, shuningdek, so'nggi qo'llanmalar ^1, 6, 7 va kitob boblariga yo'naltiriladi. ^2, 17
11.1-jadval . Nochiziqli effektlar va ularning OPMga qo'llanilishi