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光电整流

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一个电子(紫色)正在被正弦震荡的力(光的电场)从一侧推到另一侧。但因为此电子位于一非谐位能(黑色曲线)中,他的运动正弦震荡。三根箭头表示该运动的傅立叶展开:蓝色箭头对应于线性电极化率,绿色箭头对应于倍频效应,红色箭头对应光学整流。(电子在没有受到外力震荡时,会静止在位能最低点,但在受到外力震荡时,它的平均位置会在静止位置的右侧,红色箭头标示出了该偏移程度。)
离子晶体分别在无外加电场(上排)与光波造成的正弦震荡电场(下排)中之示意图。模糊代表了离子的震动。红色箭头表示光学整流:震荡的电场导致了离子的平均位置出现位移,从而改变了晶体的直流极化

光电整流(英语:Electro-optic rectification, EOR),也称做光学整流(英语:optical rectification),是一个当强光束通过非线性材料时,产生准直流偏极的非线性光学过程[1]。通常强度下,光学整流是一个与电光效应过程相反的二阶现象。此现象在1962年时首次被发现于磷酸二氢钾(KDP)及Deuterated potassium dihydrogen phosphate (KDdP)的红宝石激光穿透光中。[2]

解释 

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光学整流可以被直觉地用非线性材料的对称特性解释:在有一内部偏好方向的情形下,偶极不会跟外加驱动场在同时间点转向。若驱动场是一个正弦波,则此效应会产生一个平均直流极化。

光学整流是类比于电整流,一个将交流讯号转换为直流讯号的过程,但它们并不是同一件事。一个二极管可以将正弦电场转换为直流电流,而光整流则是将正弦电场转换为直流极化。 此外,一个随时变的极化即是一种电流,因此若入射光愈来愈强,光极化会产生一直流电流;反之若光强愈来愈弱,则会产生一反向的直流电流。但若光强固定,则光整流将不会产生直流电流。

当外加电场是由飞秒脉冲激光提供时,这么短的脉冲所对应的带宽很宽。这些频率的叠合将制造出一脉冲偶极,从而发出兆赫频段的辐射。 光电整流效应类似于由电荷加减速达成的古典电磁辐射,但此处电荷以键结偶极形式存在,且兆赫波的产生受非线性材料的二阶电极化率影响。碲化锌是一个产生0.5–3兆赫波的热门材料。

光学整流也能在金属上由表面倍频效应产生。然而该效应受到非平衡电子激发很大的影响,而且呈现方式更为复杂。[3]

与其他非线性光学过程类似,光学整流也被发现会在表面等离子在金属表面上被激发时增强。[4]

应用

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随着在半导体聚合物载子的速度加快,光学整流成为了兆赫波激光产生中的主要课题之一。[5] 这与称作Polaritonics,偶极晶格震荡产生兆赫辐射的过程是不同的。

参考资料

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  1. ^ Rice et al., "Terahertz optical rectification from <110> zinc-blende crystals," 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, J. L., "Study of terahertz radiation generated by optical rectification on thin gold films," Optics Letters, 30, 1402 (2005), doi:10.1364/OL.30.001402
  4. ^ G. Ramakrishnan, N. Kumar, P. C. M. Planken, D. Tanaka, and 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, "Cutting-edge terahertz technology," Nature Photonics 1, 97 (2007), doi:10.1038/nphoton.2007.3