非线性光学复习材料

《非线性光学复习材料》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、非线性光学复习资料1.高斯单位制下的麦克斯韦方程组，并由此推导波动方程：高斯单位制下麦克斯韦方程组2.线性光学与非线性光学的主要区别。A为线性光学，B为非线性光学E（1）A：单束光在介质中传播，通过干涉、衍射、折射可以改变光的空间能量分布和传播方向，但与介质不发生能量交换，不改变光的频率。B：一定频率的入射光可以通过与介质的相互作用而转换成其他频率的光(倍频等)，还可以产生一系列在光谱上周期分布的不同频率和光强的光(受激拉曼散射等)。（2）A：多束光在介质中交叉传播，不发生能量相互交换，不改变各自的频率。B：多束光在介质中交叉传播，可能

2、发生能量相互转移，改变各自频率或产生新的频率。（3）A：光与介质相互作用，不改变介质的物理参量，这些物理参量只是光频的函数，与光场强度变化无关；B：光与介质相互作用，介质的物理参量如极化率、吸收系数、折射率等是光场强度的函数(非线性吸收和色散、光克尔效应、自聚焦等)。（4）A：光束通过光学系统，入射光强与透射光强之间一般呈线性关系；B：光束通过光学系统，入射光强与透射光强之间呈非线性关系。（5）多束光在介质中交叉传播，各束光的相位信息彼此不能相互传递。B：多束光在介质中交叉传播，光束之间可以相互传递相位信息，而且两束光的相位可以互相共轭

3、(光学相位共轭)。3.写出电场强度的付氏振幅的表达形式，并对电强度进行付氏分解。对于角频率为、波矢为、初相位为的单色平面波：引入付氏振幅：将其所代表的单色平面波改写成：这样，（1-2-3）式可改写成对称形式：其中，，为整数。这样由个频率分别为、波矢为、初相位为的单色平面波组成的光波场就可表示为：1.非线性极化张量的宏观性质及相应得推导过程：（1）真实性条件：是复张量，它的复共轭张量满足：证明。因为是频率为的二次非线性极化矢量的付氏振幅，所以有：为实数，所以：（1）按照，有：（2）而对式两边取复共轭得：（3）比较（2）和（3）两式可得：（

4、2）本征对易对称性：对和这两对指标可以成对交换而其值不变：证明。考虑频率为、的两光波与非线性介质的相互作用，其频率的二次非线性极化强度的分量可表示为：（1）上式的意义是频率为光波场的分量和频率为光波场的分量与非线性介质相互作用产生频率为的二次极化强度的分量。同理，其频率的二次非线性极化强度的分量可表示为：（2）（2）式的意义是频率为光波场的分量和频率为光波场的分量与非线性介质相互作用产生频率为的二次极化强度的分量。根据实际的物理过程，（1）（2）两式应该相等，因此有：（3）完全对易对称性，如果光波频率都远离介质的吸收区，则可近似取成实数

5、，这时对、、三对指标都具有成对交换对成性：（4）凡是具有对称中心的介质和具有反演中心的晶体，它的偶次非线性极化张量恒为零，即：1.和频过程的曼利-罗关系的物理意义：，分别为通光方向上频率光波的平均光子流密度。物理意义：上式表示频率为、光波的平均光子流密度变化率相等，并且和光波的平均光子流密度数值上相等但符号相反，也就是说，在无损耗非线性介质内三波耦合过程中，通过介质的二次非线性极化三波之间相互交换能量，随着传播距离的增加，每产生一个频率为的光子，必定同时产生一个频率为的光子，并同时湮灭一个频率为的光子。或者说，产生一个频率为的光子，同时

6、湮灭一个频率为的光子和一个频率为的光子。从结果来看上上述两种过程，一种相当于一个的光子和一个的光子合成一个的光子；另一种反过程相当于一个的光子分裂为一个的光子和一个的光子。2.以倍频为例说明相位匹配的意义，并列举两种实现相位匹配的方法及基本原理。相位匹配即要求倍频过程中，其中分别为基频波和倍频波的波失。欲满足完相位配条件：，必须有：，即基频波和倍频波的折射率相等或着说参与相互作用的基频波和倍频波具有相同的相速度。然而，由于介质的色散，一般情况下基频波和倍频波的折射率是不相等的，即，不满足相位匹配条件。然而，可以在特定条件下，使这两个波的

7、折射率相等。具体方法有：（1）角度相位匹配，作为各向异性介质单轴晶体具有双折射特性。在倍频情况下，将基频波和倍频波选择不同偏振态的光，通过光、光折射率的不同可以补偿正常色散所造成的折射率差，选择特定光的传播方向使之达到相位匹配。（2）温度相位匹配，利用其折射率的双折射量与色散是其温度敏感函数的特点，即随温度的改变量比随温度的改变量大得多，通过调节晶体的温度，实现的相位匹配。（3）准位相匹配，通过周期性改变某些铁电晶体自发极化方向，可实现对晶体非线性极化率的周期调制，从而引入相应的倒格失弥补光倍频过程中由于折射率色散造成的基波和谐波之间的

8、位相失配，以获得非线性光学效应的增强。1.非线性光学晶体应具有基本特性:1)晶体的有效非线性光学系数要大。2)透过波段宽，特别是在所需波段有很好的透过性。3)晶体双折射适当，能够实现相关匹配，最好能够实现非