光折變光學表面波及其在二次諧波產(chǎn)生中的應(yīng)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(lǐng)域得到廣泛的研究與應(yīng)用。鐵電材料在體光學非線性效應(yīng)方面的研究和應(yīng)用已得到空前的發(fā)展和完善。相比之下對于此類物質(zhì)表面光學非線性效應(yīng)的研究還很少，而表面光學非線性效應(yīng)與體光學非線性效應(yīng)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(zhì)內(nèi)由于傳播光束的自彎曲效應(yīng)，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(nèi)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(zhì)的分界面?zhèn)鞑サ碾姶挪?，其中的一個介質(zhì)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(nèi)反射所平衡，此時能在晶體的表面產(chǎn)生自感應(yīng)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(nèi)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(yīng)得以增強和利用并可以顯著地提高光折變器件的運轉(zhuǎn)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(shù)、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(yīng)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?；跀U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(nèi)容及結(jié)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(guān)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(zhì)原因，漂移機制和光生伏打效應(yīng)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?、光場分布和隨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(guān)。觀察到外電場和背景光對表面波的影響，實驗結(jié)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