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電気光学効果

物質の電気的特性は、分極 (Polarization) であらわされる。

𝑃=𝜖0𝜒𝐸=𝜖0𝜒1𝐸+𝜖0𝜒2𝐸2+𝜖0𝜒3𝐸3+⋯=𝑃1+𝑃2+𝑃3+⋯

電気感受率 (Susceptibility) は以下の次元をもつテンソルである。

  • 𝜒1 : 3→3
  • 𝜒2 : 32→3
  • 𝜒3 : 33→3

次数によっていろいろな特徴が生じる。

線形光学

  • 重ね合わせ
  • 反射・吸収・透過
  • 屈折
  • 複屈折

2次の非線形効果

P_2 = epsilon.altchi_2 E^2

※ 𝐸(𝜔) は周波数 𝜔 の電場を表す。(E(omega)=Esinomega t)

2次高調波と整流

電磁波 𝐸=𝐸(𝜔) に対して、

𝐸2(𝜔)=12𝐸(2𝜔)+12𝐸(0)
𝑃2=𝑃2(𝜔)+𝑃2(0)

𝑃2(𝜔) が2次高調波で、𝑃2(0) が整流

Pockell 効果

静電場+光 𝐸=𝐸(0)+𝐸(𝜔) に対して、

𝐸2=𝐸2(0)+2𝐸(0)𝐸(𝜔)+𝐸2(𝜔)

ここで、𝐸(0)≫𝐸(𝜔) の場合、つまり、物質の電場が光の電場に対して十分小さい場合、𝜔2 の成分は無視できて、

𝑃2=𝑃2(0)+𝑃2(𝜔)

三波混合

異なる周波数の光 𝐸=𝐸1(𝜔1)+𝐸2(𝜔2) に対して、

𝐸2=𝐸21(2𝜔1)+𝐸21(2𝜔2)+𝐸1𝐸2(𝜔1+𝜔2)+𝐸1𝐸2(𝜔1−𝜔2)

2次高調波、

3次の非線形効果