Krampl, Peter: Komplexe Nichtlineare Optik - Theoretische Charakterisierung der 2- Photonen Resonanz nichtzentrosymmetrischer Materie
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Anhang A  Ergebnisse

A.1: Makroskopische optische Response Tensoren

 

In diesem Abschnitt werden die Ergebnisse der Berechnungen aus den Kapiteln 4 bis 6 verzeichnet.

 

 

A.1.1: nichtlineare komplexe Fourieramplitude in
 
 

(A.1)

 

(A.2)

 

(A.3)

 

(A.4)

 

(A.5)

 

 

 

monochromatische c. c.- Felder  

(A.6)

 

(A.7)

 

(A.8)

 

(A.9)

 

(A.10)

 

 

A.1.2: nichtlineare makroskopische Suszeptibilität in   

(A.11)

 

(A.12)

 

(A.13)

 

(A.14)

 

(A.15)

 

 

monochromatische c. c.- Felder  

(A.16)

 

(A.17)

 

(A.18)

 

(A.19)

 

(A.20)

 

 

A.1.3: nichtlineare dielektrische Funktion in  
 

(A.21)

 

(A.22)

 

(A.23)

 

(A.24)

 

(A.25)

 

monochromatische c. c.- Felder   

(A.26)

 

(A.27)

 

(A.28)

 

(A.29)

 

(A.30)

 

 

A.1.4: nichtlinearer makroskopischer Brechungsindex in   

(A.31)

 

(A.32)

 

(A.33)

 

(A.34)

 

(A.35)

 

 

monochromatische c. c.- Felder   

(A.36)

 

(A.37)

 

(A.38)

 

(A.39)

 

(A.40)

 

 

A.1.5: komplexe nichtlineare Resonanzfunktion für nichtzentrosymmetrische Materie in ,   

 

(A.41)

 

 

 

 

 

A.1.6: nichtlineare Koeffizienten in ,  

 

Allgemein

(A.42)

 

Fundamentale

(A.43)

 

 

HHG,   

(A.44)

 

SubHG,  

(A.45)

 

 

 

 

A.1.7: Simplified bond- hyperpolarizability model (SBHM)

 

(A.46)

 

Anhang B  Programmentwicklung

B.1: Verzeichnis der Programm- Codes

 

Wie in den Kapiteln 3 und 4 beschrieben ist es möglich die zeitliche Entwicklung und die Fourierentwicklung des nichtlinearen optischen Responses mittels Computer- Physik zu behandeln. Die Codes der entsprechenden Mathematica®- Programme sind hier verzeichnet. 

 

 

B.1.1: Nichtlineare komplexe Fourieramplitude

 

 

Clear["Global`*"];

Off[General::spell1]

<<NumericalDifferentialEquationAnalysis`

<<DifferentialEquations`NDSolveUtilities`

 

SurfaceEquationNDSolve:=

{

x'[t]Šv[t],

v'[t]+2g v[t]+wres2 x[t]+a x[t]2Š

-qspez ExternForce (Re[Exp[-ä wext t]]+Re[Exp[-ä 1/u wext t]])};

 

CRK4[___]["Step"[sigma_, t_, h_, y_, yp_]] :=Module[{k0,k1,k2,k3},

  k0=h yp;

  k1=h sigma[t+h/2,y+k0/2];

  k2=h sigma[t+h/2,y+k1/2];

  k3=h sigma[t+h,y+k2];

  {h, (k0+2  k1+2  k2+k3)/6}

  ]

CRK4[___]["DifferenceOrder"] :=4

 

SurfaceNDSolve["{}"]:=

     Block[{NDSolution,ListND,plotopts,initialConditions,param},

  param ={wres=3.0386,wext=2.9786,g=0.013,

a=0.046165,qspez=2.920596161,

ExternForce=7.5,

tmin=0,tmax=500,u=1};

  param;

  initialConditions = {x0=0,v0=0};

  initialConditions ;

 

  SURFACESOLUTION[ wres_,wext_,g_,a_,qspez_,tmin_,tmax_,x0_,v0_,ExternForce_,u_,opts___]=

  

   NDSolution:=

NDSolve[{SurfaceEquationNDSolve,

x[tmin]Šx0,

v[tmin]Šv0},

{x[t],v[t]},

{t,tmin,tmax},

Method®CRK4, Method®{"DoubleStep"},

StartingStepSize®1/10,

MaxSteps®Infinity];

  xstart=x[tmax]/.NDSolution[[1]];

  vstart=v[tmax]/.NDSolution[[1]];

 

  ListND=Table[{

wext,FindMaximum [x[t]/.NDSolution,

{t,0.9tmax-2p/wext,0.9tmax}][[1]]},

    {wext,0.1 wres,5.0 wres,0.001 wres}];

 

  plotopts=

With[{optPlot = FilterOptions[ListPlot,opts] ,

optND =FilterOptions[NDSolve,opts]},

ListPlot[ListND,

Joined®False,

PlotRange®{{0.0,6.00},All},

PlotStyle®{PointSize[0.0043],Red},

ImageSize®{600,400},

AxesOrigin®{0.5,0},

AxesLabel®{"Frequenz w [1/fs]",

"Amplitude X(w)[pm]"},

Frame->True,

FrameStyle®{

{Directive[Thick,Black,16],

Automatic},

{Directive[Thick,Black,16],Automatic}},

GridLines®Automatic,

GridLinesStyle®Directive[Darker[Green],

Dashed]]]]

SurfaceNDSolve["{}"]

 


B.1.2: nichtlinearer Response in der Zeitdomäne

 

 

Clear["Global`*"];

Off[General::spell1]

<<NumericalDifferentialEquationAnalysis`

<<DifferentialEquations`NDSolveUtilities`

 

SurfaceNDSolution[ wres_,wext_,g_,a_,qspez_,tmin_,tmax_,ExternField_,u_]

:=

 

 Module[{NDSolution,NDList,InitialConditions},

  InitialConditions = {x0=0,v0=0};

  InitialConditions;

 

  NDSolution=

NDSolve[{x'[t]Šv[t],v'[t]+2g v[t]+wres2 x[t]+a x[t]2Š-qspez  ExternField (Re[Exp[-ä wext t]]+Re[Exp[-ä 1/u wext t]]),x[tmin]Šx0,v[tmin]Šv0},{x[t], v[t]},{t,tmin,tmax},

Method®{"DoubleStep",

Method®{"ImplicitRungeKutta",

"Coefficients"->"ImplicitRungeKuttaGaussCoefficients",

 "DifferenceOrder"®Automatic},

 "ImplicitSolver"®

{"Newton",

"AccuracyGoal"®MachinePrecision,

"PrecisionGoal"®MachinePrecision,

"IterationSafetyFactor"®1/10 }};StartingStepSize®1/100,

MaxSteps®Infinity,

MaxStepSize®(1/10)];

  NDList=x[t]

/. NDSolution;

 

  Plot[NDList,{t,0,500},

PlotRange®All,

PlotStyle ® Hue[0.7],

PlotPoints®500,

ImageSize®{600,400},

AxesLabel®{"input frequency w","\nAmplitude A"},

PlotLabel®

Style["gedämpfte nichtlineare Response- Kurven 2. Ordnung"],

FrameLabel®{{"left label"},

{"bottom label"}},

PlotPoints®500,

Frame->True,

FrameStyle®{{Directive[Thick,Black,14],Automatic},

{Directive[Thick,Black,14],

Automatic}},

GridLines®{Automatic,Automatic},

GridLinesStyle®Directive[Darker[Green]]]]

ND=SurfaceNDSolution[

3.0386,2.9786,0.013,0.046165,2.920596161,0.,500,7,1

]


B.1.3: nichtlineare Trajektorie im Phasenraum

 

 

Clear["Global`*"];

Off[General::spell1]

 

<<NumericalDifferentialEquationAnalysis`

<<DifferentialEquations`NDSolveUtilities`

SurfaceSolution[ wres_,wext_,g_,a_,qspez_,tmin_,tmax_,E1_,u_,opts___] :=

 Module[{NDSolution,InitialConditions},

  InitialConditions = {x0=0,v0=0};

  InitialConditions;

 

  NDSolution=

  

   NDSolve[

{

x'[t]Šv[t],

v'[t]+2g v[t]+wres2 x[t]+a x[t]2Š

-E1*Re[ Exp[-ä wext t]]+Re[Exp[-ä 1/u wext t]],

x[tmin]Šx0,

v[tmin]Šv0},

{x, v},{t,tmin,tmax},

Method®{"DoubleStep",

Method®{"ImplicitRungeKutta",

"Coefficients"->"ImplicitRungeKuttaGaussCoefficients",

"DifferenceOrder"®Automatic}, "ImplicitSolver"®{"Newton",

"AccuracyGoal"®MachinePrecision,

"PrecisionGoal"®MachinePrecision,

"IterationSafetyFactor"®1/10 }};

StartingStepSize®1/100,

MaxSteps®Infinity,

MaxStepSize®(1/10)]

]

 

tmax=500;

SurfaceNDSol

=SurfaceSolution[

3.0386,2.7386,0.013,0.046165,2.920596161,0.,500,7.,1

];

ParametricPlot[

Evaluate[{x[t],x'[t]}

/.SurfaceNDSol],

{t,0.90*tmax, tmax},

AspectRatio®1,

PlotStyle ® Hue[0.0],

PlotRange®All,

PlotStyle®AbsoluteThickness[1.03],

ImageSize®{600,400},

PlotPoints®500,Frame->True,

FrameStyle®{{Directive[Thick,Black,16],

Automatic},

{Directive[Thick,Black,16],Automatic}}

]

 


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