Bài giảng Hiệu ứng quang học phi tuyến - Chương 1: Mở đầu

HIỆU ỨNG 
QUANG HỌC PHI TUYẾN
Mục Lục
• Chương 1: Mở đầu
• Chương 2: Hiệu Ứng quang điện trong tinh thể
• Chương 3: Những k/n cơ bản - SHG 
• Chương 4: Khuyếch đại và dao động thông số
• Chương 5: Các hiệu ứng quang phi tuyến bậc cao
• Chương 6: Hiệu ứng tán xạ kích thích Mandelstam-
Brillouin
Chương I MỞ ĐẦU
Trước 1960, quang học chỉ là quang học tuyến tính, 
trong đó cường độ á.s.không ảnh hưởng đến các hiện 
tượng quang học. Giả thiết này dẫn đến những kết 
quả sau:
• Chiết suất, hệ số hấp thụ của môi trường,không 
phụ thuộc vào cường độ á.s.
• Nguyên lý chồng chất á.s. được nghiệm đúng
• Tần số á.s. không thay đổi khi nó truyền qua môi 
trường
• Á.s không thể tương tác với á.s.
1.1Quang phi tuyến và vai trò của cường độ á.s.
Năm 1960 (laser ra đời): có nguồn sáng có cường độ 
rất lớn. Các hiệu ứng quang học phi tuyến xuất hiện 
qua một số hiện tượng quan sát được.
• Chiết suất (vận tốc của ás) trong môi trường quang 
học thay đổi theo cường độ á.s.
• Nguyên lý chồng chất bị vi phạm
• Tần số của á.s có thể thay đổi khi truyền qua môi 
trường phi tuyến
• As có thể tương tác với á.s (dẫn tới điều khiển)
• Các đặc tính quang học của một môi trường khi 
có á.s truyền qua được mô tả đầy đủ bởi liên hệ 
giữa vectơ mật độ phân cực P(r,t) và vectơ cđộ 
điện trường E(r,t) của á.s
• Mt tuyến tính
• Mt phi tuyến
EP  0
...
6
1
2
1 3
3
2
21  EaEaEaP
...42 3)3(20  EdEEP 
Tóm lại
• Quang tuyến tính hay phi tuyến là một đặc tính của 
môi trường vật chất khi có ás truyền qua, không phải 
là tính chất riêng của ás. 
• Hiện tượng phi tuyến chỉ xảy ra khi cường độ của 
chùm sáng đủ lớn
• Tính chất phi tuyến sẽ không xuất hiện khi ás truyền 
trong chân không
• Quang phi tuyến là ngành học nghiên cứu sự 
tương tác của a’s với vật chất khi các phản ứng 
của môi trường vật chất phụ thuộc phi tuyến 
theo cường độ của a’s chiếu vào.
1.2 Những đặc trưng cơ bản của ás trong
quang tuyến tính
Ás là sóng điện từ được đặc trưng bởi tần số và sự 
phân cực.
Vd: sóng phẳng đơn sắc truyền theo trục z được biểu 
diễn bằng biểu thức
Cường độ á.s
)cos(),( kztAeztE  

)/(
8
)/(
2
1 2
2
22
0
cmw
cnA
mwAI



1.3 Một số hiệu ứng đặc trưng của Quang
phi tuyến
• Tần số á.s có thể biến đổi khi nó truyền qua môi 
trường (SHG, THG, SFG, DFG, tán xạ Raman, B-M)
• Chùm á.s song song khi truyền qua môi trường 
thích hợp có thể hội tụ (sự tự tụ tiêu)
• Sự tự điều biến pha, khuếch đại quang
• Làm tối hay làm sáng môi trường
• Làm biến mất giới hạn quang điện của môi 
trường,
Sum-Frequency Spectroscopy
Bt. Xác định cường độ á.s (W/cm2) để:
• 1. tỉ số của số hạng thứ hai và số hạng thứ nhất 
trong biểu thức của độ phân cực P(E) là 1% đối với 
tinh thể KDP (KH2PO4) có chiết suất n = 1,5 và d = 
6,8.10-24 (MKS) ở bước sóng 1064nm.
• 2. tỉ số của số hạng thứ ba và số hạng thứ nhất 
trong biểu thức của độ phân cực P(E) là 2% đối với 
tinh thể CS2 n=1,6 ; d=0; và 
(MKS) ở bước sóng
32)3( 10.4,4  nm6940 
Tài Liệu Tham Khảo
• Trần Tuấn, Quang phi tuyến, Giáo trình Cao học, NXB 
ĐHQG TpHCM, 2002.
• A.Yariv, Quantum Electronics, John Wiley & sons Inc, 
Newyork-London, 1988.
• B.E.A.Saleh & M.C.T. Fundamentals of Photonics. 
• N. Bloembergen, Nolinear Optics, Benjamin Inc, 
Newyork-Amsterdam, 1977.
• Y.R.Shen, The Principles Nonlinear Optics, John Wiley 
& sons, 1998.