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【学术资料】非线性光学中的polarizability和susceptibility(转)

作者 xinkaifish
来源: 小木虫 550 11 举报帖子
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polarizability和susceptibility的解释,希望得到明白虫虫的指教,谢谢

在非线性光学中遇到两个想不清楚的概念polarizability(极化率)和susceptibility(极化率、磁化率),希望懂得这方面知识的朋友能帮助解释一下

在非线性光学里,极化强度(polarization):
P=x(1)*E+x(2)*E*E+x(3)*E*E*E+...     
其中,对于x(1)、x(2)、x(3)的英语称呼有时候是polarizability,有时候是susceptibility,
(1)susceptibility和polarizability到底有何区别与联系呢?应该怎么理解并使用呢?
(2)susceptibility是不是极化率呢(还是做磁化率讲)?

[ Last edited by mainpro on 2006-11-7 at 23:55 ] 返回小木虫查看更多

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  • 精华评论
  • xinkaifish

    附:一段相关解释,可能对理解有帮助
    Pi=aijEj +2dijkEjEk+4cijkl EjEkEl+...            
    where P is the polarization, E is the applied electric field, a is the linear or first-order polarizability term or susceptibility of the material, d is the first nonlinear polarizability term or the second-order susceptibility (quadratic polarizability), c is the third-order susceptibility, and so on. The subscripts i, ,j, k, l indicate the direction (x, y, z) of the nth component of the polarization or electric field. The susceptibility terms sum over these directions, i.e., aij is a 3 x 3 matrix with 9 terms, dijk is a 3 x 3 x 3 matrix with 27 terms, and cijkl is a 3 x 3 x 3 x 3 matrix with 81 terms).
    照以上的理解,是不是可以认为
    x(1)是linear or first-order polarizability,同时也可称为 susceptibility;
    x(2)是first nonlinear polarizability,同时也可称为 second-order susceptibility ;
    x(3)是third-order susceptibility;

    另附:此文献的联接
    http://www.photonic.saint-gobain ... 0000000000000001277

  • GrasaVampiro

    "susceptibility是不是极化率呢(还是做磁化率讲)? "
    elektrice susceptibility是极化率,即χ_e,
    P(极化强度polarization density )=χ_e×ε_0×E
    此外χ_e+1=ε_r,即相对介电率,relative permittivity,又称relative dielectric constant
    若χ_e,ε_r是张量,则1相应变为同阶单位张量

    magnetice susceptibility是磁化率,即χ_m,
    M(磁化率magnetization density)=χ_m×H(磁场强度 magnetice(auxiliary) field)
    此外,χ_m+1=μ_r,,即相对磁导率,relative [magnetice] permeability,
    若χ_m,μ_r是张量,则1相应变为同阶单位张量

    当且仅当不引起岐义时susceptibility前的magnetice 和elektrice 才可省略,比如,不考虑磁光现象时,susceptibility指极化率
    此外,这两个susceptibility应该是描述宏观小,微观大的尺度上的性质,是个准宏观量.

    此外,很多时候B和H的称呼也是混乱的,不少书把B也称为magnetice field!!!这是物理和工程的矛盾之处.但建议称B为magnetic flux density或者magnetic induction

    [ Last edited by GrasaVampiro on 2006-11-7 at 16:58 ]

  • GrasaVampiro

    polarizability,α
    极化度,有时又称,分子极化率,(此处的分子包括原子,分子,离子)
    p(电偶极矩)=α×E(局域电场强度),
    polarizability是个微观量,
    描述,分子被其周围的电场极化情况,
    具体的说是分子"感受"到的局域电场所引起的
    1 中性原子(如惰气)的电子云极化elektronic cloud polariztion(实际是电场的存在使得电子出现位置的概率改变,电子云变型),
    或者
    2 有极分子(如HCl)的转向极化,即,有极分子的偶极矩方向的转动
    或者
    3 无极分子(如CH4)的位移极化,即,无极分子的偶极矩从无电场时的零变为非零
    (具体是那一类情况,视分子类型而定)

    比如,一块无穷大均匀无极分子形成的介质被外电场极化,需要考虑
    1外电场强度,
    2外电场在介质内感生的偶极矩对外场的屏蔽,即,所谓的Lorentz电场,
    这个Lorentz电场 很类似于 对理想气体VanDeWaals修正中的内压强.
    具体的可参考Clausius-Mossotti公式(及其衍生,Lorenz-Lorentz公式),
    如果你有兴趣还可参考Langevin公式和Debye公式,如果由此可以理解不同极化的微观来源.

  • GrasaVampiro

    从辞源上考量
    polarizability可被极化性<-polarizabale可被极化的<-polarize极化<-polar极
    polarization极化(名)<-polarize极化(动)<-polar极
    若表达,极化这种现象,用polarization,表达极化强度,用polarization density,

    当然polarization还有偏振之意,看语境了

    [ Last edited by GrasaVampiro on 2006-11-7 at 16:56 ]

  • GrasaVampiro


    susceptibility<-susceptible易受影响的, 易感动的, 容许...的

    be susceptible to
    对...敏感的; 容易受到

  • xinkaifish

    十分感谢GrasaVampiro的解释,麻烦斑竹从我这里给GrasaVampiro转移5个金币。

    我又查了一些资料,结合GrasaVampiro的解释,对polarizability和susceptibility进行了初步总结,希望大家指正(我现在的概念理解还是比较模糊):

    第一,
    elektrice susceptibility是极化率,magnetice susceptibility是磁化率,仅当不引起岐义时susceptibility前的magnetice 和elektrice 才可省略,比如,不考虑磁光现象时,susceptibility指极化率。此外,这两个susceptibility应该是描述宏观小,微观大的尺度上的性质,是个准宏观量;
    而polarizability是极化度,有时又称分子极化率,(此处的分子包括原子,分子,离子),polarizability是个微观量,描述分子被其周围的电场极化情况,具体的说是分子"感受"到的局域电场所引起的。

    第二,
    对非线性的表述有两种:宏观macroscopic(在无机材料中用的较多)和微观microscopic(在有机材料中用的较多)。

    从准宏观角度讲,极化强度 (macroscopic polarization):
    P=ε-0[χ(1)*E+χ(2)*E*E+χ(3)*E*E*E+... ]
    从微观角度,即分子水平讲,分子偶极矩(molecular dipole moment):
    p=ε-0[α*E +β*E*E+γ*E*E*E+... ]

    其中:
    ε-0是真空介电常数vacuum permitivity,

    χ(1)是susceptibility、first-order polarizability、linear polarizability;
    χ(2)是second-order susceptibility、first-order nonlinear polarizability;
    χ(3)是third-order susceptibility.

    α是linear polarizability;
    β是second-order polarizability、first-order hyperpolarizability;
    γ是third-order polarizability、second-order hyperpolarizability.

    χ(1)和α是对应的;
    χ(2)和β是对应的,它们与二阶非线性光学效应(electro-optic effect,一次、 线性电光效应,Pockels)second-order nonlinear optical 有关;
    χ(3)和γ是对应的,它们与三阶非线性光学效应(quadratic electro-optic effect,二次电光效应,Kerr) third-order nonlinear optical  effect 有关.

    引用回帖:
    Originally posted by GrasaVampiro at 2006-11-7 22:57:
    "susceptibility是不是极化率呢(还是做磁化率讲)? "
    elektrice susceptibility是极化率,即χ_e,
    P(极化强度polarization density )=χ_e×ε_0×E
    此外χ_e+1=ε_r,即相对介电率,relative permi ...

    [ Last edited by xinkaifish on 2006-11-8 at 11:30 ]

  • GrasaVampiro

    我的elektrice 拼错了,应该是electric

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