最新非线性光学第一章课件PPT.ppt

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1、非线性光学第一章教材：《非线性光学物理》叶佩弦著参考书目：1、《NonlinearOptics》RobertW.Boyd2、《非线性光学——原理与进展》钱士雄王恭明编著3、《非线性光学》石顺祥陈国夫赵卫刘继芳编著原子内的平均电场强度的大小（～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这就是许多非线性光学现象产生的物理根源由非线性光学理论可以证明2、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

2、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

3、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）3、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

4、效应：和频、差频、参量振荡；受激拉曼散射、受激布里渊散射、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）3）20世纪90年代以来的研究进展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：扩展激光波长的范围和发展各波段连续可调谐技术;发展非线

5、性光学共轭技术及应用;以光计算和光电子技术为应用背景，出现了各种光学双稳的方案和装置。与材料研究紧密结合（非线性光学晶体BBO,LBO/半导体超晶格/量子阱/有机聚合物）1984年，沈元壤出版《ThePrinciplesofNonlinearOptics》一书3）20世纪90年代以来的研究进展利用新型的非线性光学晶体,制作在宽广波长范围可调谐的连续或ps、fs脉冲光学参量振荡器及光学参量放大器。和超快过程密切结合：发展超短脉冲光作用下的非线性光学。发展用于研究物质中各种超快过程的研究（光生物学、光化学）。发展薄膜、光纤和光波导中非线性光学特性及其应用方面的研究。光孤子通信、光存

6、储……。4）非线性光学研究的未来发展趋势非线性光学规律研究的发展趋势研究对象从稳态过程转向动态；所用光源从连续、宽脉冲转向纳秒、皮秒、飞秒甚至阿秒超短脉冲；从强光非线性研究到弱光非线性研究；从基态－激发态跃迁非线性光学研究转向激发态－更高激发态跃迁非线性光学研究；从研究共振峰处的现象转向研究非共振区的现象；从二能级模型研究转向多能级模型；研究物质的尺度从宏观尺度（衍射光学），到介观（纳米）尺度（近场光学），再到微观尺度（量子光学）。非线性光学材料研究的发展趋势从晶体材料到非晶体材料；从无机材料到有机材料；从对称材料到非对称材料（手性材料）；从单一材料到复合材料；从高维材料到低维

7、材料，如从三维的体块材料到二维的表面、薄膜材料；从宏观材料到纳米材料，如半导体量子线和量子点、光子晶体以及纳米管、纳米球和团簇材料。5、非线性光学的应用价值和科学意义1）提供了产生强相干光辐射并扩展其波段的新手段；2）解决激光技术本身提出的一些课题；5）是促进基础理论发展的一种动力。3）提供了一批新方法和新技术；简并四波混频产生相位共轭波；采用非线性饱和吸收调Q开关和锁模；采用双光子吸收检测超短脉冲的脉宽；光学击穿用于触发快速火花隙电开关；采用强光自相位调制和自加宽效应产生超连续谱；采用自相