非线性光学课件.pptx

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1、教材：《非线性光学物理》叶佩弦著参考书目：1、《强光光学及其应用》刘颂豪赫光生著2、《非线性光学原理》沈元壤著顾世杰译3、《非线性光学》石顺祥陈国夫赵卫刘继芳编著4、《非线性光学》李淳飞著5、《高等光学教程》季家镕冯莹编著课程主要内容绪论非线性电极化过程和耦合波的基础知识光学倍频效应/和频、差频效应（三波混频）/光学参量振荡和放大效应四波混频/光学相位共轭第五章光学克尔效应/光束自聚焦/自相位调制/光学双稳态效应第六章受激拉曼散射/受激布里渊散射非线性的概念来源线性相应和非线性响应描述物理量之间的联系变化关

2、系认知逻辑的“惰性”对变换关系的简单理解总希望找到线性关系在进一步深化认识的过程中，又意识到非线性的存在线性响应非线性响应非线性科学非线性科学，目前有六个主要研究领域，即：混沌(Chaos)孤子波（Soliton）分形（Fractal）模式形成（Patternformation）元胞自动机（Cellularautomata）复杂系统(Complexsystem)线性和非线性(数学和物理上)目前发展起来的非线性物理学科包括：*非线性光学（NonlinearOptics）*非线性声学（NonlinearAcou

3、stics）*非线性动力学（NonlinearDynamics）*量子混沌(QuantumChaos)……非线性光学绪论研究范畴极化响应过程辐射过程介质对光场的响应呈线性关系：线性光学介质对光场的响应呈非线性关系：非线性光学非线性光学是研究强光与物质相互作用过程中出现的各种新现象和新效应光物质光介质极化辐射各种非线性光学现象各光波间能量的转换耦合波方程绪论非线性光的学的基本体系极化极化对电场的响应非线性响应极化的宏观描述光学非线性响应---极化光学非线性响应---原子、分子的非线性响应光与物质相互作用的线性描

4、述已不能满足需求其中，(1)为线性极化率，(2)和(3)是二阶，三阶非线性极化率。对于各向异性介质，(n)为（n+1）阶张量，张量元一般为复数，实部对应介质的折射率，虚部对应介质的吸收极化强度的非线性表达介质对光场的响应呈线性关系：线性光学介质对光场的响应呈非线性关系：非线性光学诞生适用范围发展阶段特点绪论非线性光学的历史非线性光学的诞生最早的光学二次谐波产生1961年Franken在非线性晶体中，如果注入的泵浦光足够强，就会发生一系列的非线性效应。非/线性描述的适用范围原子内的平均电场强度的大小（～

5、1011V/m）弱光下，，二阶以上非线性极化强度可忽略强光下，，二阶以上非线性极化强度不可忽略由非线性光学理论可以证明学科特点激光技术催生非线性光学的出现并推动了其发展。线性光学：若介质对光的响应是呈线性关系，在线性范畴内光在介质中的传播满足独立传播原理和线性叠加原理非线性光学：若介质对光的响应是呈非线性关系，在非线性范畴内光在介质中的传播产生新的频率，不同光波之间会耦合，独立传播原理和线性叠加原理不成立线性光学非线性光学单束光在介质中传播，通过干涉、衍射、折射可以改变空间能量的分布和传播方向，但与介质不发生

6、能量的交换，不改变光的频率某一频率的入射光，可通过与介质的相互作用转换成其它频率的光（如倍频），还可以产生一系列在光谱上周期分布的不同频率和光强（受激拉曼散射）多束光在介质中交叉传播，不发生能量相互交换，不改变各自的频率多束光在介质中交叉传播，可能发生能量相互转移，改变各自频率或产生新的频率（三波和四波混频）光与介质相互作用，介质的物理参量只是光频的函数，与光场强度变化无关光与介质相互作用，介质的物理参数如极化率、吸收系数、折射率等是光强的函数（非线性吸收和色散、光克尔效应和自聚焦）光束通过光学系统，入射光强

7、与透射光强之间一般成线性关系光束通过光学系统，入射光强与透射光强之间呈非线性关系，从而实现光开关（光限幅、光学双稳、各种干涉仪开关）多束光在介质中交叉传播，各光束的相位信息彼此不能相互传递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（光学相位共轭）非线性光学过程的能量、动量条件发展历史（三阶段）1）非线性光学的早期10年（1961-1970）1961，红宝石激光倍频(SHG)（标志非线性光学真正诞生）随后发现了几种非线性光学的基本现象和各种瞬态光学效应：和频、差频、参量振荡；受激拉曼散射、受激布

8、里渊散射、相干（反）斯托克斯；光子回波、光学章动、光学自感生透明；自聚焦、自相位调制、光学相位共轭1965年，Bloembergen等人出版《NonlinearOpticalphenomena》一书，基本建立了以非线性介质极化和耦合波方程组为基础的非线性光学理论2）非线性光学研究全面深入的20年（1971-1990）发现新的非线性光学效应：四波混频、光克尔展开各种非线性光学效应的应用研究：扩展激光波