Оптическое выпрямление

Электрон (фиолетовый) толкается из стороны в сторону под действием синусоидально -колеблющейся силы, то есть электрического поля света. Но поскольку электрон находится в ангармоническом потенциале (черная кривая), движение электрона не является синусоидальным. Три стрелки показывают ряд Фурье движения: синяя стрелка соответствует обычной (линейной) восприимчивости , зеленая стрелка соответствует генерации второй гармоники, а красная стрелка соответствует оптическому выпрямлению. (Когда нет осциллирующей силы, электрон находится в минимуме потенциала, но когда есть *осциллирующая* сила, он в среднем находится дальше вправо, на величину, показанную красной стрелкой.)

Электрооптическое выпрямление (ЭОР), также называемое оптическим выпрямлением , представляет собой нелинейный оптический процесс , заключающийся в генерации квазипостоянной поляризации в нелинейной среде при прохождении интенсивного оптического луча. Для типичных интенсивностей оптическое выпрямление является явлением второго порядка. ^[1] который основан на обратном процессе электрооптического эффекта . Впервые об этом сообщили в 1962 году. ^[2] при излучения рубинового лазера пропускании через кристаллы дигидрофосфата калия (КДФ) и дидейтерия фосфата калия (КД _д П).

Объяснение

Оптическое выпрямление можно интуитивно объяснить с точки зрения свойств симметрии нелинейной среды: при наличии выделенного внутреннего направления поляризация не меняет знак одновременно с движущим полем. Если последняя представлена синусоидальной волной, то будет генерироваться средняя поляризация постоянного тока.

Оптическое выпрямление аналогично эффекту электрического выпрямления, создаваемому диодами , при котором сигнал переменного тока может быть преобразован («выпрямлен») в постоянный ток. Однако это не одно и то же. Диод может превратить синусоидальное электрическое поле в постоянный ток, а оптическое выпрямление может превратить синусоидальное электрическое поле в постоянный ток поляризации, но не в постоянный ток. С другой стороны, меняющаяся поляризация — это своего рода ток. Следовательно, если падающий свет становится все более и более интенсивным, оптическое выпрямление вызывает постоянный ток, а если свет становится все менее и менее интенсивным, оптическое выпрямление вызывает постоянный ток в противоположном направлении. Но опять же, если интенсивность света постоянна, оптическое выпрямление не может вызвать постоянный ток.

Когда приложенное электрическое поле создается фемтосекундным , с шириной импульса лазером спектральная полоса пропускания, связанная с такими короткими импульсами, очень велика. Смешение различных частотных составляющих приводит к биению поляризации, что приводит к излучению электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне. Эффект МУН чем-то похож на классическую электродинамическую эмиссию излучения ускоряющим/тормозящимся зарядом, за исключением того, что здесь заряды находятся в форме связанного диполя и ТГц-генерация зависит от восприимчивости второго порядка нелинейной оптической среды. Популярным материалом для генерации излучения в диапазоне 0,5–3 ТГц (длина волны 0,1 мм) является теллурид цинка .

Оптическое выпрямление также происходит на металлических поверхностях за счет того же эффекта, что и генерация второй гармоники на поверхности . Однако на эффект влияет, например, неравновесное электронное возбуждение, и обычно он проявляется более сложным образом. ^[3]

Сообщается, что, как и в других нелинейных оптических процессах, оптическое выпрямление усиливается, когда поверхностные плазмоны возбуждаются на поверхности металла. ^[4]

Приложения

Оптическое выпрямление, наряду с ускорением носителей заряда в полупроводниках и полимерах, является одним из основных механизмов генерации терагерцового излучения с помощью лазеров. ^[5] Это отличается от других процессов генерации терагерцового излучения, таких как поляритоника, полярные колебания решетки где считается, что генерируют терагерцовое излучение .

См. также

Терагерцовая спектроскопия во временной области

Ссылки

^ Райс и др. , «Терагерцовое оптическое выпрямление из кристаллов цинковой обманки <110>», Appl. Физ. Летт. 64 , 1324 (1994), дои : 10.1063/1.111922
^ Басс и др. , «Оптическое выпрямление», Физ. Преподобный Летт. 9 , 446 (1962), doi : 10.1103/PhysRevLett.9.446
^ Кадлек Ф., Кузель П., Кутаз Дж. Л., «Исследование терагерцового излучения, генерируемого оптическим выпрямлением на тонких золотых пленках», Optics Letters , 30 , 1402 (2005), два : 10.1364/OL.30.001402
^ Г. Рамакришнан, Н. Кумар, ПКМ Планкен, Д. Танака и К. Кадзикава, «Поверхностное плазмонное терагерцовое излучение из самоорганизующегося монослоя гемицианина», Опт. Экспресс , 20 , 4067-4073 (2012), два : 10.1364/OE.20.004067
^ Тоноучи, М., «Передовые терагерцевые технологии», Nature Photonics 1 , 97 (2007), дои : 10.1038/nphoton.2007.3

[1] Райс и др. , «Терагерцовое оптическое выпрямление из кристаллов цинковой обманки <110>», Appl. Физ. Летт. 64 , 1324 (1994), дои : 10.1063/1.111922

[2] Басс и др. , «Оптическое выпрямление», Физ. Преподобный Летт. 9 , 446 (1962), doi : 10.1103/PhysRevLett.9.446

[3] Кадлек Ф., Кузель П., Кутаз Дж. Л., «Исследование терагерцового излучения, генерируемого оптическим выпрямлением на тонких золотых пленках», Optics Letters , 30 , 1402 (2005), два : 10.1364/OL.30.001402

[4] Г. Рамакришнан, Н. Кумар, ПКМ Планкен, Д. Танака и К. Кадзикава, «Поверхностное плазмонное терагерцовое излучение из самоорганизующегося монослоя гемицианина», Опт. Экспресс , 20 , 4067-4073 (2012), два : 10.1364/OE.20.004067

[5] Тоноучи, М., «Передовые терагерцевые технологии», Nature Photonics 1 , 97 (2007), дои : 10.1038/nphoton.2007.3

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]