17672

Обмін енергією між нелінійною поляризацією і електромагнітним полем

Доклад

Физика

Обмін енергією між нелінійною поляризацією і електромагнітним полем. При распространении света в среде все такие явления связаны прежде всего с нелинейной зависимостью вектора поляризации среды Р от напряженности электрического поля Е световой волны. Среду мы будем п

Украинкский

2013-07-05

23.58 KB

2 чел.

Обмін енергією між нелінійною поляризацією і електромагнітним полем.

При распространении света в среде все такие явления связаны прежде всего с нелинейной зависимостью вектора поляризации среды Р от напряженности электрического поля Е световой волны. Среду мы будем предполагать однородной, не будем учитывать ее магнитные свойства и пространственную дисперсию. Если поле Е еще не очень сильное, то вектор Р можно разложить по степеням составляющих вектора Е и оборвать такое разложение на нескольких первых членах. Тогда в общем случае, когда среда анизотропна, можно написать

 //у Овечко диэлектрическая восприимчивость  обозначаетсяχ, //Дальше рассматривается случай изотропной среды(-скаляры) . Разобьем поляризацию Р на линейную и нелинейную части:  Нелинейная часть определяется выражением  , а линейная . Возьмем плоскую волну .В этом случае нелинейная добавка к поляризации среды, вычисленная в нулевом приближении, равна .Второе слагаемое гармонически меняется во времени. С ним связана генерация в нелинейной среде второй гармоники, т.е. волны с удвоенной частотой . Для нахождения поля этой гармоники, запишем систему ур. Максвелла: 

     

//для комплексной формы ур-й Максвелла для плоской волны: оператор . Например  ,

Частное решение этой системы:, . Из второго уравнения находим, что векторы E,H взаимно перпендикулярны. Аналогично из последних двух уравнений следует, что ==0, т.e. рассматриваемая плоская волна поперечна как в отношении вектора Е, так и в отношении Н. Учтя это, а также соотношение , из первых двух уравнений получим:                                                                                             Надо еще удовлетворить условию, чтобы на входе в нелинейную среду (где мы поместили начало координат) интенсивность второй гармоники обращалась в 0. Для этого к частному решению найденному выше, надо добавить общее решение соответствующей однородной системы и подобрать его амплитуду, чтобы указанное условие выполнялось. Возвращаясь снова к вещественной форме записи, таким путем получим
,где

//Закоментенныйниже текст не имеет прямого отношения к вопросу, лишь раскрывает физический смысл явления генерации 2-й гармоники

/*Таким образом вторая гармоника представляет собой наложение двух волн одной и той же частоты : вынужденной волны cos(2t-2kr) и свободно распространяющейся волны -cos(2t-2k2r). Обе волны распространяются в одном и том же направлении, но с различными фазовыми скоростями. Поэтому по мере распространения будет меняться разность фаз между ними и возникнут биения.*/

Интенсивность  второй гармоники найдется возведением в квадрат и последующим усреднением по времени .Опуская численные коэффициенты и обозначая через I интенсивность исходной волны, таким путем найдем:    ,

х - расстояние, пройденное волной. При этом в знаменателе формулы (124,4) мы пренебрегли различием между показателями преломления n() и n(2).

Когда =0,,2,… интенсивность первой гармоники обращается в нуль. Максимумы интенсивности получаются примерно посредине между минимумами. Таким образом, с возрастанием х интенсивность второй гармоники возрастает, когда  лежит приблиз. между 0 и /2, между /2 и 3/2. В этих случаях энергия переходит от исходной волны ко второй гармонике. Если же  лежит между /2 и ; 3/2 и 2…, то с возрастанием х интенсивность второй гармоники убывает. В этих случаях энергия снова возвращается от второй гармоники к исходной волне. Такой процесс перекачки энергии периодически повторяется по мере распространения исходной волны.Условие =/2 определяет расстояние х, до которого происходит перекачка энергии от исходной волны ко второй гармонике с последующим возвращением ее опять в исходную волну. Это расстояние называется когерентной длиной. Для нее из указанного условия нетрудно получить  , где -длина исходной волны, n() – ее показатель преломления, а n(2) -  показатель преломления второй гармоники. Чем больше когерентная длина, тем интенсивнее происходит перекачка энергии от исходной волны во вторую гармонику.

//Аналогичные явления имеют место и для высших гармоник(3-й, 4-й и т.д. ), но слишком малы, чтобы представлять практический интерес. Кто хочет – может упомянуть про схожее явление генерации комбинационных частот.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79109. Социология конфликта 68 KB
  Определение социального конфликта. Структура и этапы конфликта. Жизнь людей в обществе представляет собой бесконечную цепь конфликтов, которые сопровождаются психологическими стрессами, значительным ущербом – материальным, человеческим.
79111. Предмет социологии, ее основные категории и законы 94.5 KB
  Поэтому буквально социология означает учение об обществе. Что является предметом социологии Или какую сторону в обществе выделяет для изучения именно социология На этот вопрос можно ответить так: предметом социологии является социальная жизнь как особая реальность. Социология таким образом изучает отношения между всеми этими общностями – пролетариями и предпринимателями между различными нациями и религиозными...
79112. Общество как система 395.5 KB
  В связи социальные связи и отношения С – единое целое общество в целом Расшифруем что значит социальные явления. Это во-первых социальные группы и общности во-вторых личности и их социальные роли в-третьих социальные нормы и ценности. Социальные связи и отношения мы в дальнейшем рассмотрим специально. В зависимости от того какими будут эти связи и отношения и от того какие социальные группы и общности этими связями и отношениями объединяются мы получаем тот или иной исторический тип...
79113. Социальная структура общества, социальные группы и слои 999 KB
  Социальная группа есть совокупность индивидов, взаимодействующих определенным образом на основе разделяемых ожиданий каждого члена группы в отношении других.
79114. Методика социологического исследования 92.5 KB
  Методика социологического исследования. Программа социологического исследования. Методы социологического исследования наблюдение опрос анализ документов эксперимент. Программа социологического исследования.
79115. Понятие социального института, его характерные признаки 91 KB
  Понятие социальной организации. Формальные и неформальные организации. Это учреждения и организации связанные с осуществлением и распределением политической власти: государство партии армия правоохранительные учреждения профсоюзы политические движения в том числе различные женские молодежные расовые и национальные движения – за равноправие женщин за права молодежи национально-освободительные организации. Понятие социальной организации.
79116. Баптистское движение 15.32 KB
  Основные положения вероучения были разработаны бывшим католическим священником Ульрихом Цвингли. В сотериологии Цвингли придерживался учения о спасении через веру в заместительную жертву Христа. Разногласие Цвингли и Лютера Цвингли первым из всех протестантов выступил против благодатных таинств. Цвингли первый богословски обосновал что Евхаристия это знак символ что субстанционально Христос в Евхаристии не присутствует.
79117. Вероучение анабаптистов 14.49 KB
  Они считали что получали личные откровения от Самого Бога и в свете их необходимо толковать Писание. Или только Писание или же что Писание следует толковать в свете внутренних озарений. Во всяком случае каждый человек мог толковать Писание. Писание ставилось в зависимость от внутреннего состояния человека.