光折變光學表面波及其在二次諧波產(chǎn)生中的應用.pdf

1、鐵電類晶體以其具有較大的電光系數(shù)而成為重要的非線性光學材料，并在光折變非線性光學領域得到廣泛的研究與應用。鐵電材料在體光學非線性效應方面的研究和應用已得到空前的發(fā)展和完善。相比之下對于此類物質表面光學非線性效應的研究還很少，而表面光學非線性效應與體光學非線性效應具有顯著的不同，這方面的研究將具有重要的意義。 在光折變介質內由于傳播光束的自彎曲效應，光波可沿光折變晶體表面形成光折變光學表面波(簡稱光折變表面波，PRSW)。光折變表

2、面波自彎曲的光束經(jīng)歷了如下的循環(huán)過程：入射到晶體的光束在晶體的表面發(fā)生全內反射，然后經(jīng)過偏折回到晶體的表面。通常所說的表面電磁波是指沿兩個介質的分界面?zhèn)鞑サ碾姶挪ǎ渲械囊粋€介質的介電常數(shù)是負數(shù)，并且在偏離分界面時，其振幅呈指數(shù)地衰減。這種表面電磁波必定是橫磁(TM)波。但是，光折變光學表面波與通常的表面電磁波不同。當激光束在光折變晶體中產(chǎn)生的自偏折能被全內反射所平衡，此時能在晶體的表面產(chǎn)生自感應的光折變光學表面波。光折變表面波是一種可

3、沿光折變晶體表面狹層空間傳播的光波，光場從表面到體內逐漸衰減。光折變表面波的能量被聚集在晶體表面狹層空間，具有很高的功率密度，因而各種非線性效應得以增強和利用并可以顯著地提高光折變器件的運轉速度而無需提前制備波導。光折變表面波的研究在表面非線性光學技術、表面探測、集成光學方面有重要影響，利用其原理可以制成表面二次諧波發(fā)生器、表面波導等表面光子器件。 按照光折變效應的三種形成機制，光折變表面波分成三類，即基于擴散機制、擴散與漂移機

4、制和擴散與光伏機制的光折變表面波。基于擴散機制的光折變表面波已形成較完善的理論體系，在BaTiO3晶體上觀察到了光折變表面波和由表面波激發(fā)的二次諧波；基于擴散與漂移機制的光折變表面波理論研究尚未形成統(tǒng)一的框架，實驗上雖已有對其實驗觀測的初步報道，但沒有深入研究表面波的形成特性；基于擴散和光生伏打機制的光折變表面波目前僅限于理論研究。 本文針對鐵電類晶體的光折變表面波進行了研究。主要的內容及結論有： (1)理論方面，基于帶

5、輸運模型和標量波方程，我們得到了包含光折變表面波的三種光折變機制下的非線性方程；建立了等效振子模型；定性給出了光折變非線性表面波模式的概念及其與傳播常數(shù)的關聯(lián)；系統(tǒng)地研究了三種光折變非線性機制對光折變表面波的綜合影響，弄清了光折變非線性中的擴散機制是光折變表面波形成的本質原因，漂移機制和光生伏打效應主要起影響作用，不能直接導致表面波的形成；得到了外加電場、背景光輻照改變光折變表面波的方法和條件。 (2)目前已有的文獻中只報道了在

6、BaTiO3晶體上觀察到光折變表面波和表面二次諧波。我們在實驗上研究了鈮酸鍶鋇(SBN)晶體的表面波現(xiàn)象。對在SBN晶體與空氣界面?zhèn)鞑サ谋砻娌ǖ男纬商匦浴⒐鈭龇植己碗S時間的演變等首次進行了系統(tǒng)觀測；發(fā)現(xiàn)光折變表面波從形成開始到穩(wěn)定，不是瞬間完成的，光折變表面波的形成需要經(jīng)歷一個產(chǎn)生、增長并達到穩(wěn)定的過程，形成時間與入射光強度有關。觀察到外電場和背景光對表面波的影響，實驗結果表明當外電場在一定范圍，光折變表面波的強度隨著外電場的增大而增加