考研面试光学专业知识

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1、1.强光光学（非线性光学）：研究强激光与物质相互作用过程中出现的各种新现象和新效应的学科。2.光与介质相互作用可分为以下三种情况：①若介质是均匀的，且不考虑其热起伏，光通过介质后不发生任何变化：沿原光波传播方向行进，与介质无任何作用；②若介质不很均匀（存在热起伏），光波与其作用后被散射到其他方向，只要该起伏与时间无关，散射光的频率就不会发生变化，只是波矢方向发生偏射，这就是弹性散射；③若介质的不均匀性随时间而变化，光波与这些起伏交换能量，使散射光的能量即频率发生了变化，这就是非弹性散射。3.二阶非线性光学效应：

2、线性电光效应（普克尔效应）、光整流效应、三波混频、二次谐波、参量转换、参量放大、参量振荡。4.三阶非线性光学效应：三次谐波、四波混频、双光子吸收、SRS、SBS。5.参量上转换：对应于和频产生过程来说，由频率较低的信号辐射转换为频率较高的辐射；参量下转换：对应于差频产生过程来说，由频率较高的信号辐射转换为频率较低的辐射。6.双光子吸收：当具有频率为ω1和ω2的两束光通过非线性介质时，如果ω1+ω2接近介质的某一跃迁频率，介质就会同时吸收两个光子，引起两束光的衰减。7.拉曼散射：当有一束频率为ωp的光波通过介质时

3、，其散射光谱中存在着相对入射光有一定频移的成分ωs，频移量ωp-ωs=ωv相应于介质内部某些确定的能级跃迁的频率。ωp>ωs：斯托克斯散射，ωp<ωs：反斯托克斯散射，其强度比斯托克斯散射小几个数量级。对于普通的拉曼散射光来说，它们都是非相干辐射。当用强激光照射某介质时，在一定条件下，散射光具有受激的性质，是相干辐射，这就是所谓的受激拉曼散射。受激拉曼散射的机理：在受激拉曼散射中，相干的入射光子主要不是被热振动声子所散射，而是被受激声子散射。所谓受激声子，是指最初一个入射光子与一个热振动声子相碰，结果产生一个斯

4、托克斯光子，并添加一个受激声14子，当入射光子再与这个增添的受激声子相碰时，在再产生一个斯托克斯光子的同时，又增添一个受激声子，如此继续下去，便形成一个产生受激声子的雪崩过程。产生受激声子过程的关键是在于要有足够多的入射光子。由于受激声子所形成的声波是相干的，入射激光是相干的，所以所产生的斯托克斯光也是相干的。1.布里渊散射：入射到介质的光波与介质内的弹性声波发生相互作用而产生的光散射现象。由于光学介质内大量质点的统计热运动会产生弹性声波，它会引起介质密度随时间和空间的周期性变化，从而使介质折射率也随时间和空间

5、周期性地发生变化，因此声振动介质可以可以被看作是一个运动着的衍射光栅，这样，一束频率为ω的光波通过光学介质时，会受到光栅的衍射作用，产生频率为（ω-ωs）的散射，这里的ωs是弹性声波的频率。由此可见，布里渊散射中声波的作用类似于拉曼散射中分子振动的作用。人们发现，频率为ω的强激光通过某种介质时，会在介质内产生频率为ωs的相干声波，同时产生频率为（ω-ωs）的散射波。声波和散射光波沿着特定的方向传播，并且只有入射光强超过一定值时才能发生上述现象，这种具有受激发射特性的布里渊散射，称为受激布里渊散射。2.光子与发出

6、散射光的物质相互作用过程中发生了能量和动量的改变，伴有元激发的产生和湮没的是非弹性光散射，产生和湮没的元激发仅涉及低能量的磁振子和声学声子的是布里渊散射，否则就是拉曼散射。3.瞬态相干光学作用是指完全相干的强光场与忽略随机自发弛豫行为的共振吸收介质间的快速相干作用。4.光学章动效应：当脉冲前沿很陡的光波入射到共振吸收介质中时，介质对光并不是简单的吸收或放大，而是经过一段有限的弛豫振荡后过渡到稳定状态。5.光子回波：在光学领域，若有两个强短激光脉冲相继入射到共振吸收介质中，经过一段时间会观察到第三个定向的光脉冲出

7、射，这个光脉冲称为光子回波。6.对非线性光学材料的要求：①有较高的非线性极化系数；②可使用的频宽、透明性好；③能承受强激光照射而不易导致光学损伤；14④能实现相位匹配；⑤光学质量好。1.参量作用过程：①介质对参与作用的光场频率而言均不存在准确的共振吸收；②在作用过程的始末，组成介质的分子或原子体系的内部能量与动量均不发生改变。2.光学倍频（二次谐波）：一定频率为ω的单色光入射到的二阶非线性介质后，产生新的频率为2ω的辐射光的现象。其实质：在非线性介质内2个基频入射光子的湮灭和1个倍频光子的产生。3.光学和频与差

8、频效应（三波混频）：两种不同的单色相干光波入射，在二阶非线性介质内产生第三种频率（和频或差频）单色相干辐射的过程。和频实质：2个低频光子的湮灭和1个高频光子的同时产生；差频实质：1个高频光子的湮灭和2个低频光子的同时产生。4.光学参量放大（OPA）：当一种频率较低的弱信号光束与另一种频率较高的强泵浦光束同时入射到非线性介质内时，在通过介质后，弱信号将得到放大，强泵浦将有所减弱，与此同时