【正文】 激光器的設(shè)計與制作 半導(dǎo)體激光技術(shù) 2 非線性光學(xué) ? 研究非線性光學(xué)的意義 ? 非線性光學(xué)的研究內(nèi)容 ? 非線性光學(xué)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢 ? 非線性光學(xué)的典型應(yīng)用 ? 典型的非線性光學(xué)過程 3 非線性物理學(xué)和量子力學(xué) 、 相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基石 。 它是研究物質(zhì)間在強相互作用下普遍存在的非線性現(xiàn)象 ， 也就是研究作用與響應(yīng)之間的關(guān)系是非線性的現(xiàn)象 。 ?非線性物理學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的重要基石 。 非線性光學(xué)的意義 ? 非線性光學(xué)是非線性物理學(xué)的分支學(xué)科 ? 非線性光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)的分支學(xué)科 光學(xué)：光的發(fā)射 、 傳播以及光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科 。 激光是強光源 。 基于自發(fā)輻射的普通光源的光學(xué)稱之為 “ 傳統(tǒng)光學(xué) ” ； 基于受激輻射的激光光源的光學(xué)稱之為 “ 現(xiàn)代光學(xué) ” 。 非線性光學(xué)研究強光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律 ， 極大地豐富了非線性物理學(xué)的內(nèi)容 。 4 激光問世之前，人們對光學(xué)的認識主要限于線性光學(xué)： ?光束在介質(zhì)中的傳播是相互獨立的； ?光的頻率在傳播過程中不會發(fā)生變化； ?介質(zhì)的折射率，吸收系數(shù)等和入射光的光強無關(guān)，只是入射光的頻率和偏振的函數(shù) 介質(zhì)的極化強度與光波的電場強度成正比 非線性光學(xué)是研究激光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科 ? 非線性光學(xué)現(xiàn)象是高階極化現(xiàn)象 0PE???非線性光學(xué)的研究內(nèi)容 對很強的激光，光波的電場強度可與原子內(nèi)部的庫侖場相比擬，媒質(zhì)極化強度不僅與光場場強 E的一次方有關(guān)，而且還決定于 E的更高冪次項，從而導(dǎo)致線性光學(xué)中不明顯的許多新現(xiàn)象－非線性光學(xué)效應(yīng)。 非線性關(guān)系 光對媒質(zhì)的作用 媒質(zhì)響應(yīng) ( 1 ) ( 2 ) 2 ( 3 ) 30 ( . . . )P E E E? ? ? ?? ? ? ?? 非線性光學(xué)與線性光學(xué)的區(qū)別 8 ? 非線性光學(xué)效應(yīng)的分類 按照激光與介質(zhì)相互作用的方式 ， 可以分為被動非線性光學(xué)效應(yīng)和主動非線性光學(xué)效應(yīng) 。 被動非線性光學(xué)效應(yīng)： 光與介質(zhì)之間無能量交換；只是在不同頻率的光之間進行能量交換 。 如倍頻過程 ， 參量過程 ， 四波混頻等 。 主動非線性光學(xué)效應(yīng)： 光與介質(zhì)之間有能量交換；介質(zhì)的光學(xué)參量與光場強度有關(guān) 。 如非線性吸收 —— 飽和吸收 ， 雙光子吸收；非線性散射 —— 受激拉曼散射 ， 受激布里淵散射等 。 非線性光學(xué)的發(fā)展歷史 ? 非線性光學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個不同的時期 ? 1961～ 1965年：初期創(chuàng)立階段 非線性光學(xué)效應(yīng)大量而迅速地出現(xiàn)：光學(xué)諧波、光學(xué)和頻與差頻、光學(xué)參量放大與振蕩、多光子吸收、光束自聚焦以及受激光散射等。 ? 1965～ 1985年：發(fā)展成熟階段 繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新的非線性光學(xué)效應(yīng)：非線性光譜方面的效應(yīng)、各種瞬態(tài)相干效應(yīng)、光致?lián)舸┑?；對已發(fā)現(xiàn)的效應(yīng)進行更深入的了解，并發(fā)展各種非線性光學(xué)器件。 非線性光學(xué)的發(fā)展歷史 ? 1985年代至今：應(yīng)用階段 ? 從固體非線性效應(yīng)為主的研究擴展到包括氣體、原子蒸氣、液體、固體以至液晶的非線性效應(yīng)研究； ? 由二階非線性效應(yīng)為主的研究發(fā)展到三階、五階以至更高階效應(yīng)的研究； ? 由一般非線性效應(yīng)發(fā)展到共振非線性效應(yīng)的研究； ? 就時間范疇而言，則由納秒進入皮秒、飛秒領(lǐng)域。 泡克耳斯 (Pockels)效應(yīng)和克爾 (Kerr)效應(yīng) 某些各向同性的透明物質(zhì)在 電場 作用下顯示出光學(xué)各向異性，物質(zhì)的折射率因外加電場而發(fā)生變化的現(xiàn)象為電光效應(yīng)。電光效應(yīng)包括泡克耳斯 (Pockels)效應(yīng)和克爾 (Kerr)效應(yīng)。電光效應(yīng)是指某些各向同性的透明物質(zhì)在電場作用下顯示出光學(xué)各向異性的效應(yīng)。折射率與所加電場強度的一次方成正比改變的為Pockels效應(yīng)或線性電光效應(yīng)， 1893年由德國物理學(xué)家 泡克耳斯 發(fā)現(xiàn)。折射率與所加電場強度的二次方成正比改變的為 Kerr效應(yīng) 或二次電光效應(yīng)， 1875年由英國物理學(xué)家 克爾 (John kerr,18241907)發(fā)現(xiàn) 泡克耳斯 (Pockels)效應(yīng)和克爾 (Kerr)效應(yīng) 一些晶體在縱向電場（電場方向與光的傳播方向一致）作用下會改變其各向異性性質(zhì)，產(chǎn)生附加的雙折射效應(yīng)。例如把磷酸二氫鉀晶體放置在兩塊平行的導(dǎo)電玻璃之間，導(dǎo)電玻璃板構(gòu)成能產(chǎn)生電場的電容器，晶體的光軸與電容器極板的法線一致， 入射光沿晶體光軸入射。與觀察克爾效應(yīng)一樣，用正交偏振片系統(tǒng)觀察。不加電場時，入射光在晶體內(nèi)不發(fā)生雙折射，光不能通過 P2。加電場后，晶體感生雙折射，就有光通過 P2。泡克耳斯效應(yīng)與所加電場強度的一次方成正比。大多數(shù)壓電晶體都能產(chǎn)生泡克耳斯效應(yīng)。泡克耳斯效應(yīng)與克爾效應(yīng)一樣常用于光閘、激光器的 Q開關(guān)和光波調(diào)制等。 13 1870, John Kerr demonstrated that the refractive index of a number of solids and liquids is slightly changed by the application of a strong DC field John Kerr was born on 17