為什麼非線性光學中的多波耦合所得波頻率恰好可由入射波頻率加減得出?

時間 2021-05-30 16:00:46

1樓:

其實這個問題並不奇怪,這並不是「恰好」,在很多參考書中會說明,這是能量守恆定律的體現。在這裡我想用更簡單的數學來給題主解釋一下,我們所需要的只是一些三角函式的恒等式以及關於介質極化的基本知識。

我們可以從常見的二階非線性現象開始,

假設入射兩束光的光電場可以寫作 那麼極化場的二階非線性部分可以寫成

通過三角函式計算 ,可以看到等式右邊第一項就出現了頻率為入射光頻代數差的極化場,而第二項則是頻率為入射光頻代數和的極化場,進而也會輻射和頻以及差頻的光波。

至於題主所考慮四波混頻之類的三階非線性

假設入射三束光的光電場可以寫作 極化場的非線性部分 ,這裡我們忽略其他階次的極化項,只考慮三階的部分

耐下心來做一下高中層次的三角函式變換

看看這些出現的新頻率是不是都是入射光頻的線性組合呢?

三角函式算起來是蠻累的,如果想更方便一點可以把光場寫成復振幅,e指數的形式,這樣所有的乘積也就能直接寫成指數上的加加減減。

2樓:

並不是粗暴相加,而是因為非線性的關係可以用泰勒展開近似,泰勒展開後就可以看到所需要的頻率相加項了,一般用濾波器把不需要的頻率去掉。

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