tailieunhanh - Nonlinear Optics - Chapter 4

The Intensity-Dependent Refractive Index Các chỉ số khúc xạ của nhiều vật liệu quang học phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng được sử dụng để đo lường chỉ số khúc xạ. Trong chương này, chúng tôi kiểm tra một số các mô tả toán học của chỉ số khúc xạ phi tuyến và kiểm tra một số các quá trình vật lý làm tăng hiệu ứng này. Trong chương sau, chúng ta nghiên cứu các cường độ phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ từ phản ứng cộng hưởng của một hệ thống nguyên tử, và trong Chương. | Chapter 4 The Intensity-Dependent Refractive Index The refractive index of many optical materials depends on the intensity of the light used to measure the refractive index. In this chapter we examine some of the mathematical descriptions of the nonlinear refractive index and examine some of the physical processes that give rise to this effect. In the following chapter we study the intensity-dependent refractive index resulting from the resonant response of an atomic system and in Chapter 7 we study some physical processes that result from the nonlinear refractive index. . Descriptions of the Intensity-Dependent Refractive Index The refractive index of many materials can be described by the relation n n0 n 2Ẽ c where n0 represents the usual weak-field refractive index and n2 is a new optical constant sometimes called the second-order index of refraction that gives the rate at which the refractive index increases with increasing optical intensity. The angular brackets surrounding the quantity Ẽ2 represent a time average. Thus if the optical field is of the form Ẽ t Ẽ m e icứt . so that Ẽ t 2 2Ẽ Ẽ 21 Ẽ rn 12 We place a bar over the symbol n2 to prevent confusion with a different definition of n2 which is introduced in Eq. . 207 208 4 The Intensity-Dependent Refractive Index we find that n no 2n 2 2. The change in refractive index described by Eq. or is sometimes called the optical Kerr effect by analogy with the traditional Kerr electrooptic effect in which the refractive index of a material changes by an amount that is proportional to the square of the strength of an applied static electric field. Of course the interaction of a beam of light with a nonlinear optical medium can also be described in terms of the nonlinear polarization. The part of the nonlinear polarization that influences the propagation of a beam of frequency m is PNL m 3 0X 3 m m m m E m 2E m . For simplicity we are assuming here that the light