折射率一定都大于1吗?那相对折射率呢?

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一般所说的折射率(绝对折射率),都是大于1的,只有真空的折射率等于1(空气的约等于1)。相对折射率,是指两种不同物质之间的折射率的比值,可以大于1或小于1。例:水的折射率是(4/3),玻璃的折射率是 1.5那么,水相对玻璃的折射率就是 (4/3)/1.5而玻璃相对水的折射率就是 1.5/(4/3)

高强度的光通过介质传播时,会导致非线性效应。其中最简单的是克尔效应,其可以被描述为折射率对光强I的一个成比例的变化(通常是增加)

其中n2为非线性折射率系数。其常用单位为m2/W或cm2/W。 通常情况下,非线性折射率系数是利用线性偏振光测量而得的。对于非双折射晶体而言,圆偏振下的非线性折射率系数通常会小1/3。

当光强非常高时,上述的非线性折射率系数的方程可能需要一个较高阶的校正。例如,需要一个一个与折射率平方成正比的箱,而其系数为负,从而使得克尔效应发生饱和。

除了克尔效应(纯粹的电子非线性),电致能也会显著的影响非线性指数的值。这种情况下,光束的电场会产生密度变化(声波),这会通过光d性效应影响的折射率。但是这一机制会涉及到一个显著的时间延迟,因此仅适用于变化相对缓慢的功率调制,不能用于超短脉冲。在光纤中这种低速(MHz)的电致伸缩的贡献是通常的克尔效应的10-20%。

对于透明的晶体和玻璃,n2为通常为10-16 cm2/W 到10-14 cm2/W 。例如,石英光纤在波长约为1.5um处其非线性折射率系数较低,为2.7•10-16 cm2/W ,而一些硫化玻璃的非线性折射率系数是其的几百倍甚至更高。半导体材料也具有很高的非线性折射率系数。研究表明,非线性折射率系数正比于带隙能量的四次方的倒数,此外还取决于测试光的波长。非线性折射率系数也可以是负的(自散焦非线性效应),特别是当光子能量高于带隙的能量的70%时。

具有高非线性折射率系数的材料通常具有小的带隙能量,因此也往往表现出较强的双光子吸收(TPA)。对于一些应用,例如电信系统的信道转换中,这是不利的。

样品的非线性折射率系数通常利用z扫描技术测量,它是基于克尔透镜的自聚焦效应的。

光纤的非线性可以通过测量自相位调制产生的频谱展宽来量化。然而,需要注意的是在非保偏光纤中光的偏振状态会发生改变,而这可能会影响测量结果。另外,这种测量结果是光纤纤芯和包层的材料特性的一种平均。


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