非線性光學pdf

『壹』 非線性光學效應有什麼應用

有關非線性光學效應幾方面比較成熟的應用、發展前景及學術意義：
(1)利用倍頻和混頻效應、可調諧光參量振盪以及受激散射等效應可產生強相干光輻射，開創了產生新的激光輻射光源的物理途徑。它在許多實際工程技術中得到了較成熟的應用，人們正在利用這種途徑來填補各類激光器件發射激光波長的空白光譜區。例如：
① 在光通訊技術中的應用。由於激光技術的出現，通過非線性光學效應獲得的相干光的頻帶極其寬廣，使其在通訊技術中由原來的微波電纜同時傳送幾十萬路，到現在利用激光通訊的光纜可同時傳送數百萬路電話或幾千萬套電視節目，解決了無線電通訊的容量小、頻帶過分擁擠的難題。
②頻率上轉換效應在紅外外差式探測器上的應用。紅外接收是不可見的低頻信號(s)和另一束可見的強激光(p)通過在晶體中混頻，使紅外信號頻率上轉到可見光頻率，再經過光放大等過程實現了對紅外信號的觀察和探測。目前用此效應的紅外探測器已得到普遍的應用。 (2)非線性光學的研究成果為光信息處理提供了新的方法和新的技術。
例如，一些染料在高功率激光束通過時發生自感透明效應已被用來設計時間很短的「光開關」。使用這種Q開關的激光器的輸出功率可提高2—3個數量級。又如，光學雙穩態效應的激光感應折射率變化用於信息存貯以及製成雙穩態元件(雙穩態光學開關、光學「三極體」放大元件、光學記億元件等)；光學相位共扼效應用於波面畸變補償等等。目前有些成果已得到實際應用。對非線性光學的深入研究，為集成光學、纖維光學、光學邏輯迴路與光學計算機技術的發展提供了有關光信息處理與控制的新方法和新技術。
(3)非線性光學研究的學術價值及其深遠的理論意義。
通過強光與物質相互作用的研究，可以獲得有關物質的組成、結構、狀態、能量耦合及轉移、各種內部變化動力學過程的重要信息。這些信息可在不同程度上分別反映出物質的光學、電學、磁學、聲學、力學、熱學、化學、生物學等方面特性。利用強激光的作用，可以研究相變、超導、元激發、液晶、表面物理、高溫等離子體等方面的問題；還可以使物質按人們所希望的方式發生各種變化，如加熱、致冷、壓縮、沖擊、熔化、汽化、膨脹、同性素分離、光聚合、可控化學反應等。
強光光學(即非線性光學)本身就是物理學基礎理論的發展。到目前為止雖然強光光學的發展尚未導致與近代物理學兩大支柱(相對論和量子力學)不相符合或抵觸之處，但並不排除這門學科在今後進一步的發展中會對已有的理論基礎產生新的沖擊的可能性。例如，目前在處理光與物質作用的量子力學或量子電動力學理論中，仍然是基於入射光對原子的作用是弱微擾這樣一種前提，而採用數學上的微擾近似加以處理。如果說這種近似處理對弱光作用是基本適合的話，那麼它對強光和超強光作用是否仍然適用?這顯然是一個問題。又例如，在強脈沖激光的自聚焦效應和自感透明效應中曾發現運動的焦點的超光速運動和增益介質中自透明脈沖的超光速運動。對這些新問題進行深入研究，有助於加深對狹義相對論已有結論的認識和理解。目前，關於利用激光檢測橫向多L勒效應，探測引力波、加速粒子，研究真空中光子散射、天體黑洞，驗證廣義相對論效應等可能的討論性和探索性工作正在進行之中。

『貳』 什麼是非線性光學

非線性光學

nonlinear optics

現代光學的一個分支，研究介質在強相干光作用下產生的非線性現象及其應用。激光問世之前，基本上是研究弱光束在介質中的傳播，確定介質光學性質的折射率或極化率是與光強無關的常量，介質的極化強度與光波的電場強度成正比，光波疊加時遵守線性疊加原理（見光的獨立傳播原理）。在上述條件下研究光學問題稱為線性光學。對很強的激光，例如當光波的電場強度可與原子內部的庫侖場相比擬時，光與介質的相互作用將產生非線性效應，反映介質性質的物理量（如極化強度等）不僅與場強E的一次方有關，而且還決定於E的更高冪次項，從而導致線性光學中不明顯的許多新現象。介質極化率P與場強的關系可寫成

P＝α1E＋α2E2＋α3E3＋…

非線性效應是E項及更高冪次項起作用的結果。

常見非線性光學現象有：①光學整流。E2項的存在將引起介質的恆定極化項，產生恆定的極化電荷和相應的電勢差，電勢差與光強成正比而與頻率無關，類似於交流電經整流管整流後得到直流電壓。②產生高次諧波。弱光進入介質後頻率保持不變。強光進入介質後，由於介質的非線性效應，除原來的頻率ω外，還將出現2ω、3ω、……等的高次諧波。1961年美國的P.A.弗蘭肯和他的同事們首次在實驗上觀察到二次諧波。他們把紅寶石激光器發出的3千瓦紅色（6943埃）激光脈沖聚焦到石英晶片上，觀察到了波長為3471.5埃的紫外二次諧波。若把一塊鈮酸鋇鈉晶體放在1瓦、1.06微米波長的激光器腔內，可得到連續的1瓦二次諧波激光，波長為5323埃。非線性介質的這種倍頻效應在激光技術中有重要應用。③光學混頻。當兩束頻率為ω1和 ω2（ω1＞ω2）的激光同時射入介質時，如果只考慮極化強度P的二次項，將產生頻率為ω1＋ω2的和頻項和頻率為ω1－ω2的差頻項。利用光學混頻效應可製作光學參量振盪器，這是一種可在很寬范圍內調諧的類似激光器的光源，可發射從紅外到紫外的相干輻射。④受激拉曼散射。普通光源產生的拉曼散射是自發拉曼散射，散射光是不相乾的。當入射光採用很強的激光時，由於激光輻射與物質分子的強烈作用，使散射過程具有受激輻射的性質，稱受激拉曼散射。所產生的拉曼散射光具有很高的相乾性，其強度也比自發拉曼散射光強得多。利用受激拉曼散射可獲得多種新波長的相干輻射，並為深入研究強光與物質相互作用的規律提供手段。⑤自聚焦。介質在強光作用下折射率將隨光強的增加而增大。激光束的強度具有高斯分布，光強在中軸處最大，並向外圍遞減，於是激光束的軸線附近有較大的折射率，像凸透鏡一樣光束將向軸線自動會聚，直到光束達到一細絲極限（直徑約5×10-6米），並可在這細絲范圍內產生全反射，猶如光在光學纖維內傳播一樣。⑥光致透明。弱光下介質的吸收系數（見光的吸收）與光強無關，但對很強的激光，介質的吸收系數與光強有依賴關系，某些本來不透明的介質在強光作用下吸收系數會變為零。

研究非線性光學對激光技術、光譜學的發展以及物質結構分析等都有重要意義。常用的二階非線性光學晶體有磷酸二氫鉀（KDP）、磷酸二氫銨（ADP）、磷酸二氘鉀(KD*P)、鈮酸鋇鈉等。此外還發現了許多三階非線性光學材料。

『叄』 非線性光學材料的分類

三階非線性光學材料的范圍很廣。由於不受是否具有中心對稱這一條件的限制，這些材料可以是氣體、原子蒸氣、液體、液晶、等離子體以及各類晶體、光學玻璃等，從其產生三階非線性極化率的機制來說也可以很不相同。有些來源於原子或分子的電子躍遷或電子雲形狀的畸變；有些來源於分子的轉向或重新排列；有些來源於固體的能帶之間或能帶以內的電子躍遷；有些來源於固體中的各種元激發，如激子、聲子、各種極化激元等的狀態改變。常見的三階非線性光學材料有：①各種惰性氣體，通常用於產生光學三次諧波、三階混頻，以獲得紫外波長的相干光。②鹼金屬和鹼土金屬的原子蒸氣,如Na、K、Cs原子及Ba、Sr、Ca原子等，通常用於產生共振的三階混頻、受激喇曼散射、相干反斯托克斯喇曼散射等效應（見受激光散射），以實現激光在近紅外、可見及紫外波段間的頻率變換及頻率調諧。③各種有機液體及溶液，如CS2、硝基苯、各種染料溶液等,這些介質由於有較大的三階非線性極化率，常用來進行各種三階非線性光學效應的實驗觀測，例如光學克爾效應、受激布里淵散射、簡並四波混頻及光學位相復共軛效應、光學雙穩態效應等都曾先後在這類介質中進行過實驗研究。④在液晶相及各向同性相中的各種液晶。由於液晶分子的取向排列有較長的弛豫時間，故液晶的各種非線性光學效應有自己的特點，引起人們特殊的興趣。例如曾用以研究光學自聚焦及非線性標准具等效應的瞬態行為。⑤某些半導體晶體。最近發現有些半導體，如lnSb，在紅外區域有非常大的三階非線性極化率，適合於做成各種非線性器件，例如光學雙穩器件。

『肆』 非線性光學晶體的具體功能

非線性光學晶體是一種可以對激光束進行調制、調幅、調偏、調相的重要的光學晶體材料，是激光器中的一種重要材料。隨著激光技術在工業、農業、軍事、醫學等領域中得到廣泛應用，研製新型非線性光學晶體也成為國際光電子科技領域、新材料科技領域的前沿和熱門課題。

20世紀60年代，美國貝爾實驗室發現了鈮酸鋰晶體（LiNbO33），但由於該晶體具有嚴重的光感應折射變化，因此始終無法在較高功率激光器上作為倍頻器件。70年代，美國杜邦公司中央實驗室首次發現KTP晶體，但直到80年代才獲得有工業應用價值的大尺寸KTP晶體。

自80年代以來，我國在非線性光學晶體材料的研製方面取得了長足進展。機電部209所首次研製出摻5％克分子的Mg：LiN-bO3晶體，使LiNbO3晶體的抗光損傷閾值提高到>10MW／cm2。該生長工藝當時被美國廣泛採用。1989年該所成功研製出摻7％克分子的MgO：LiNbO3和rri：MgO：LiNbO3兩種單晶，在保持高光學均勻性的同時，使晶體的抗光損傷閾值達到60MW／cm2。該晶體作為Nb：YAG激光腔內倍頻晶體，其輸出效率達61％，為同類晶體的國際最高水平。

中國科學院福建物質結構研究所經過多年的實驗研究，於1984年正式宣布發現BBO晶體。該晶體的倍頻系數是KDP晶體的4倍，相匹配范圍可達到2．6μ～400nm（基波），紫外區的最短輸出波長為189nm，從而滿足了科學家們對400～20nm紫外區相干輻射的多方面的需要。因此，當時被國際激光科技界推崇為在光電子技術領域內可與大功率半導體激光器相提並論的最有意義的進展之一。隨後，該所又推出一種更新的非線性光學晶體——LBO。這種晶體的出現解決了KIP、MgO：LiNbO3晶體不能用於強激光（>100MW／cm2）倍頻的困難，並克服了BBO晶體的某些缺點，成為又一個有重要實用價值的新晶體。

在此基礎上，中國科學院福建物質結構研究所於1989年，採用「晶體非線性光學效應離子基團理論」，系統地計算和研究了硼酸鹽體系的基因結構和微觀倍頻效應、晶體紫外區吸收邊的相互關系。在此理論研究的基礎上通過化學合成、物化分析、晶體生長和系統的光學、電學測試，終於發明了一種具有很大實用價值的新型非線性光學晶體材料——三硼酸鋰（LiB3O3）。該晶體在近紅外、可見光和紫外波段高功率脈沖激光及高平均功率激光的倍頻、和頻、參量振盪和放大器件，腔內倍頻器件等方面有廣泛的用途。美國《激光和電光》雜志將這項發明評為1989年度國際十大高技術產品之一，井已在國內外一些實驗室及激光工業界廣泛使用。

新型非線性光學晶體三硼酸鋰的研究成功，進一步促進了國內外研究硼酸鹽非線性光學晶體材料與激光器件的深人發展。

『伍』 非線性光學材料哪本書比較好小木蟲

你要是想知道學非線性光學的基礎科目的話，我倒是學過

1)最重要的是《激光原理》，其實非線性光學就是在激光發現之後才有的飛速飛躍。而且裡面的很多東西初步的解釋完全是依靠激光原理。而關於書，建議你別看周炳琨的，他那個更像是教人做激光器的，義大利人Sevelto的《Principle of lasers》很不錯，當當上有。
2)如果你想了解非線性光學其中的本質原因，那麼建議你重新復習一下量子力學。整套的關於非線性光學解釋來源於量子力學。曾謹言大神的量子力學絕對是你的不二選擇(PS如果你是理科生就看看，是工科生的話，還是建議你不用看了，要不會很浪費時間)
3)一些光學的基礎知識，就不用多說了，啥書都差不多
4)固體物理基礎。非線性光學本身就是研究的材料的非線性性質，所以你要是想了解這些物質為什麼會有非線性性質的話，可以學學(當然，固體物理也需要量子力學做基礎)

相關聯的科目就這些，給你推薦兩本非線性光學的書，不過我只看過英文的:
1)GEOFFREY NEW的introction to nonlinear optics，淺顯易懂，你沒看過上面的那些書也看醫學會非線性光學
2)Robert W. Boyd的Nolinear optics，這是非線性光學入門人的網路全書。當然，對你的基礎要求也會高一些，已經出到了第三版。

就是這些，不知道你滿意否?

『陸』 非線性光學的應用

從技術領域到研究領域，非線性光學的應用都是十分廣泛的。例如：①利用各種非線性晶體做成電光開關和實現激光的調制。②利用二次及三次諧波的產生、二階及三階光學和頻與差頻實現激光頻率的轉換，獲得短至紫外、真空紫外，長至遠紅外的各種激光；同時，可通過實現紅外頻率的上轉換來克服在紅外接收方面的困難。③利用光學參量振盪實現激光頻率的調諧。與倍頻、混頻技術相結合已可實現從中紅外一直到真空紫外寬廣范圍內調諧。④利用一些非線性光學效應中輸出光束所具有的位相共軛特徵，進行光學信息處理、改善成像質量和光束質量。⑤利用折射率隨光強變化的性質做成非線性標准具和各種雙穩器件。⑥利用各種非線性光學效應，特別是共振非線性光學效應及各種瞬態相干光學效應，研究物質的高激發態及高解析度光譜以及物質內部能量和激發的轉移過程及其他弛豫過程等。

『柒』 初學者學習非線性光學看什麼教材好…自學用

錢士雄的《非線性光學——原理與進展》不錯
另外李淳飛的《非線性光學》也很不錯，比較薄，適合自己看看。

『捌』 非線性光學材料的介紹

非線性光學材料就是那些光學性質依賴於入射光強度的材料，非線性光學性質也被稱為強光作用下的光學性質，主要因為這些性質只有在激光這樣的強相干光作用下才表現出來。

『玖』 非線性光學材料的簡介

利用非線性光學晶體的倍頻、和頻、差頻、光參量放大和多光子吸收等非線性過程可以得到頻率與入射光頻率不同的激光，從而達到光頻率變換的目的。
這類晶體廣泛應用於激光頻率轉換、四波混頻、光束轉向、圖象放大、光信息處理、光存儲、光纖通訊、水下通訊、激光對抗及核聚變等研究領域。
我國在非線性光學晶體研製方面成績卓著，某些晶體處於世界領先地位。