高次諧波效應

單一頻率的基頻波入射到非線性介質後，由於高次非線性電極化係數的耦合效應而產生頻率為入射光波(基頻波)的三倍、四倍甚至更高倍的光波輻射，這種非線性光學現象稱為高次諧波效應(higher harmonic effect)，產生的光波稱為高次諧波(higher harmonic)。1962年首次在二氟化鈣晶體中，對紅寶石的 6943Å雷射譜線進行三倍頻獲得2314Å的三次諧波。 高次諧波通常是逐次利用低階的非線性電極化項而產生的。例虹1.06μ的基頻波先由磷酸二氫鉀倍頻；再用磷酸二氘鉀倍頻而獲得四次諧波——2661Å的紫外光；最後再以高壓氣體氖進行五倍頻得到532Å的相干輻射，這相當於1.06μ的基頻波的20次高次諧波。在準分子雷射器及1971年氫分子真空紫外雷射器製成之前，高次諧波技術是獲得相干真空紫外光波的唯一有效方法，它可望發展成為實現相干X光的重要手段。

基本介紹

• 中文名：高次諧波效應
• 外文名：higher harmonic effect
• 所屬學科：物理
• 屬性：一種非線性光學現象
• 相關概念：高次諧波，空間效應等

空間效應

在具有反射層的堆中用脈衝中子源法測得的反應性將與源和探測器的空間位置有關。例如馬斯特斯(Masters)和卡第(Cady)在用普通水作慢化劑和反射層的臨界裝置上所進行過的脈衝中子實驗表明：按三種不同方法一簡單面積法、外推面積法和G-R方法——測得的反應性隨探測器位置的變化而變化。變化曲線如圖1所示。

圖1 不同方法測得反應性與探測器位置的關係

(實驗：O面積法；口G-R法；△外推面積法)

這一空間效應是由兩部分原因引起的：第一部分原因是由於存在著高次諧波，第二部分原因是由於瞬發中子通量的空間分布與緩發中子通量的空間分布不同。分別介紹如下。

高次諧波效應

無論是裸堆還是帶反射層的堆，在次臨界狀態下都存在著高次諧波。如前所指出的，堆內的中子通量可用諧波展開。

各階高次諧波的空間分布都不相同，因此不同點處的各階高次諧波的貢獻亦不相同。例如，在裸堆中，設脈衝中子源放在堆芯中心，則在堆內不同點的高次諧波功與都不同，如圖2所示。在不同點測得的中子通量隨時間的變化曲線也會不同。例如在圖2中所示的0點，三次諧波和五次諧波可能相互抵消，因此基波占主導，在a點，三次諧波，只有五次諧波及高於五次的諧波存在，在b點，三次諧波與五次諧波均不為零。因此，如果探測器與源的位置選擇適當，可以消除或減少高次諧波的影響。

圖2 中子通量的諧波在一維裸堆內的分布

例如，對於一個高H半徑為R的圓柱形裸堆，將源可放在堆的頂部中央處，如圖3所示。源中子所激勵的徑向中子通量的諧波與軸向中子通量的諧波的空間分布，如圖中曲線所示。如果把探測器放於處，則軸向通量的三次諧波與徑向通量的三次諧波在該處均為零。如果把探測器放於處，則軸向通量的二次諧波與徑向通量的三次諧波在該點均為零。另一種方法是同時將兩個相同的探測器分別放在處和處進行測量，然後將測得的信號相加。這樣，在合成的信號中，軸向通量二次諧波的貢獻互相抵消，而軸向通量的三次諧波和徑向通量的三次諧波均無貢獻。以上只示例地介紹了在實驗中如何消除或減少高次諧波的方法。在數據處理中亦可採用適當方法來消除或部分消除高次諧波的影響，如外推面積法，G-R方法等。

動態畸變效應

在均勻裸堆中，瞬發中子通量的空間分布和緩發中子通量的空間分布是相同的。但在帶反射層的反應堆中，各階諧波的瞬發中子通量的空間分布與緩發中子通量的空間分布是不相同的，即。此種現象稱為動態畸變，它只發生於堆處於動態情況。

圖3

圖3 在圓柱形裸堆內由頂端脈衝源S所激勵的中子通量諧波隨r和z的變化

在描寫中子運動的中子動態方程中，中子密度隨時間的變化率，這一項可以用一個假想的等效巨觀吸收截面的吸收項來代替。這樣動態方程就可轉化為以總吸收截面為的靜態方程。對緩發中子， 由於其衰減常數都很小，一般在反射層中等效巨觀吸收截面的絕對值遠比反射層介質的巨觀吸收截面小，可忽略，因而緩發中子通量的空間分布接近靜態的中子通量分布。但瞬發中子的衰減常數較大。在反射層中和相比不能忽略，則等效的總吸收截面為，因而在反射層中瞬發中子通量的空間分布不等於靜態的中子通量分布。由於在堆芯與反射層交界面上中子通量與中子流密度的連續性條件，相應堆芯內的瞬發中子通量的空間分布也與堆芯的靜態中子通量分布不同，而較為平坦。但對於快中子來說，由於快中子速度較高，無論是瞬發中子或緩發中子，其等效吸收截面的絕對值都很小而可忽略。因而快中子的瞬發中子通量的空間分布和快中子的緩發中子通量的空間分布近似相同，它們都接近於靜態的中子通量分布。在圖4中列舉了一個具有無窮水反射層的鈾-水堆的熱群瞬發中子通量的基波的空間分布與緩發中子通量的基波的空間分布的實測值與計算值的比較。從圖中可以看出：越接近反射層，瞬發中子通量的分布與緩發中子通量的分布的差別越大，在反射層中二者有顯著的差別。因而在反射層中或接近反射層處測得的結果需要進行動態畸變約修正。

圖4 有反射層的鈾-水堆中的瞬發中子基波與緩發中子基波的空間分布

圖4