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光电整流

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一個電子(紫色)正在被正弦震盪的力(光的電場)從一側推到另一側。但因為此電子位於一非諧位能(黑色曲線)中,他的運動正弦震盪。三根箭頭表示該運動的傅立葉展開:藍色箭頭對應於線性電極化率,綠色箭頭對應於倍頻效應,紅色箭頭對應光學整流。(電子在沒有受到外力震盪時,會靜止在位能最低點,但在受到外力震盪時,它的平均位置會在靜止位置的右側,紅色箭頭標示出了該偏移程度。)
離子晶體分別在無外加電場(上排)與光波造成的正弦震盪電場(下排)中之示意圖。模糊代表了離子的震動。紅色箭頭表示光學整流:震盪的電場導致了離子的平均位置出現位移,從而改變了晶體的直流極化

光電整流(英語:Electro-optic rectification, EOR),也稱做光學整流(英語:optical rectification),是一個當強光束通過非線性材料時,產生準直流偏極的非線性光學過程[1]。通常強度下,光學整流是一個與電光效應過程相反的二階現象。此現象在1962年時首次被發現於磷酸二氫鉀(KDP)及Deuterated potassium dihydrogen phosphate (KDdP)的紅寶石雷射穿透光中。[2]

解釋 

光學整流可以被直覺地用非線性材料的對稱特性解釋:在有一內部偏好方向的情形下,偶極不會跟外加驅動場在同時間點轉向。若驅動場是一個正弦波,則此效應會產生一個平均直流極化。

光學整流是類比於電整流,一個將交流訊號轉換為直流訊號的過程,但它們並不是同一件事。一個二極體可以將正弦電場轉換為直流電流,而光整流則是將正弦電場轉換為直流極化。 此外,一個隨時變的極化即是一種電流,因此若入射光愈來愈強,光極化會產生一直流電流;反之若光強愈來愈弱,則會產生一反向的直流電流。但若光強固定,則光整流將不會產生直流電流。

當外加電場是由飛秒脈衝雷射提供時,這麼短的脈衝所對應的頻寬很寬。這些頻率的疊合將製造出一脈衝偶極,從而發出兆赫頻段的輻射。 光電整流效應類似於由電荷加減速達成的古典電磁輻射,但此處電荷以鍵結偶極形式存在,且兆赫波的產生受非線性材料的二階電極化率影響。碲化鋅是一個產生0.5–3兆赫波的熱門材料。

光學整流也能在金屬上由表面倍頻效應產生。然而該效應受到非平衡電子激發很大的影響,而且呈現方式更為複雜。[3]

與其他非線性光學過程類似,光學整流也被發現會在表面電漿在金屬表面上被激發時增強。[4]

應用

隨著在半導體聚合物載子的速度加快,光學整流成為了兆赫波雷射產生中的主要課題之一。[5] 這與稱作Polaritonics,偶極晶格震盪產生兆赫輻射的過程是不同的。

參考資料

  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