Optisk likriktning

En elektron (lila) skjuts sida till sida av en sinusformad -oscillerande kraft, dvs ljusets elektriska fält. Men eftersom elektronen är i en anharmonisk potential (svart kurva), är elektronrörelsen inte sinusformad. De tre pilarna visar Fourier-serien av rörelsen: Den blå pilen motsvarar vanlig (linjär) känslighet , den gröna pilen motsvarar generering av andra övertoner och den röda pilen motsvarar optisk likriktning. (När det inte finns någon oscillerande kraft, sitter elektronen på potentialminimum, men när det finns en oscillerande kraft är den i genomsnitt längre till höger, med en mängd som visas av den röda pilen.)

En schematisk bild av en jonisk kristall utan pålagt elektriskt fält (överst) och med ett sinusformat elektriskt fält orsakat av en ljusvåg (nederst). Suddigheten indikerar jonernas sinusformade oscillation. Den röda pilen indikerar optisk likriktning : Det oscillerande elektriska fältet orsakar en förskjutning av jonernas medelpositioner, vilket i sin tur ändrar kristallens DC- polarisation .

Elektrooptisk likriktning (EOR), även kallad optisk likriktning , är en icke-linjär optisk process som består av generering av en kvasi-DC- polarisation i ett icke-linjärt medium vid passagen av en intensiv optisk stråle. För typiska intensiteter är optisk likriktning ett andra ordningens fenomen som är baserat på den omvända processen för den elektrooptiska effekten . Det rapporterades för första gången 1962, när strålning från en rubinlaser överfördes genom kristaller av kaliumdivätefosfat (KDP) och kaliumdideuteriumfosfat (KD _{d P).}

Förklaring

Optisk likriktning kan intuitivt förklaras i termer av symmetriegenskaperna hos det icke-linjära mediet: i närvaro av en föredragen inre riktning kommer polarisationen inte att vända sitt tecken samtidigt som drivfältet. Om den senare representeras av en sinusformad våg, kommer en genomsnittlig DC-polarisation att genereras.

Optisk likriktning är analog med den elektriska likriktningseffekten som produceras av dioder , där en AC-signal kan omvandlas ("likriktad") till DC. Det är dock inte samma sak. En diod kan förvandla ett sinusformat elektriskt fält till en likström, medan optisk likriktning kan förvandla ett sinusformat elektriskt fält till en likströmspolarisation, men inte en likström. Å andra sidan är en föränderlig polarisation en sorts ström. Därför, om det infallande ljuset blir mer och mer intensivt, orsakar optisk likriktning en likström, medan om ljuset blir mindre och mindre intensiv, orsakar optisk likriktning en likström i motsatt riktning. Men återigen, om ljusintensiteten är konstant kan optisk likriktning inte orsaka en likström.

När det pålagda elektriska fältet levereras av en femtosekund - pulsbreddlaser är den spektrala bandbredden som är förknippad med sådana korta pulser mycket stor . Blandningen av olika frekvenskomponenter producerar en slående polarisation, vilket resulterar i emission av elektromagnetiska vågor i terahertzområdet . EOR-effekten påminner något om en klassisk elektrodynamisk strålning från en accelererande/bromsande laddning, förutom att här är laddningarna i en bunden dipolform och THz-genereringen beror på andra ordningens susceptibilitet hos det olinjära optiska mediet. Ett populärt material för att generera strålning i intervallet 0,5–3 THz (0,1 mm våglängd) är zinktellurid .

Optisk likriktning sker också på metallytor genom liknande effekt som ytgenerering av andra övertoner . Effekten påverkas dock t.ex. av icke-jämviktselektronexcitation och manifesterar sig generellt på ett mer komplicerat sätt.

I likhet med andra icke-linjära optiska processer rapporteras också optisk likriktning bli förbättrad när ytplasmoner exciteras på en metallyta.

Ansökningar

Tillsammans med bäraracceleration i halvledare och polymerer är optisk likriktning en av huvudmekanismerna för generering av terahertzstrålning med laser. Detta skiljer sig från andra processer för generering av terahertz såsom polaritonik där en polär gittervibration antas generera terahertzstrålningen .

Se även

Terahertz tidsdomänspektroskopi

^ Rice et al. , "Terahertz optisk likriktning från <110> zinkblandningskristaller," Appl. Phys. Lett. 64 , 1324 (1994), doi : 10.1063/1.111922
^ Bass et al. , "Optical rectification," Phys. Rev. Lett. 9 , 446 (1962), doi : 10.1103/PhysRevLett.9.446
^ Kadlec, F., Kuzel, P., Coutaz, JL, "Studie av terahertzstrålning genererad genom optisk likriktning på tunna guldfilmer," Optics Letters , 30 , 1402 (2005), doi : 10.1364/OL.30.001402
^ G. Ramakrishnan, N. Kumar, PCM Planken, D. Tanaka och K. Kajikawa, "Surface plasmon-enhanced terahertz emission from a hemicyanine self-assembled monolayer," Opt. Express , 20 , 4067-4073 (2012), doi : 10.1364/OE.20.004067
^ Tonouchi, M, "Speedvidd terahertz-teknologi," Nature Photonics 1 , 97 (2007), doi : 10.1038/nphoton.2007.3

[1] Rice et al. , "Terahertz optisk likriktning från <110> zinkblandningskristaller," Appl. Phys. Lett. 64 , 1324 (1994), doi : 10.1063/1.111922

[2] Bass et al. , "Optical rectification," Phys. Rev. Lett. 9 , 446 (1962), doi : 10.1103/PhysRevLett.9.446

[3] Kadlec, F., Kuzel, P., Coutaz, JL, "Studie av terahertzstrålning genererad genom optisk likriktning på tunna guldfilmer," Optics Letters , 30 , 1402 (2005), doi : 10.1364/OL.30.001402

[4] G. Ramakrishnan, N. Kumar, PCM Planken, D. Tanaka och K. Kajikawa, "Surface plasmon-enhanced terahertz emission from a hemicyanine self-assembled monolayer," Opt. Express , 20 , 4067-4073 (2012), doi : 10.1364/OE.20.004067

[5] Tonouchi, M, "Speedvidd terahertz-teknologi," Nature Photonics 1 , 97 (2007), doi : 10.1038/nphoton.2007.3