研究对象：光与物质的相互作用 理论工具：电磁相互作用 实验基础：激光
非线性光学的早期10年(1961—1970)
1960年 Maiman 制造第一台红宝石激光器(Laser) 1961年，Franken 光学二次谐波SHG 红宝石激光 694.3nm -紫外光347.1nm （石英，不满足相位匹配条件，效率低) 实验结果揭开了非线性光学研究史的第一页。
主要参考书
1、石顺详、陈国夫、赵卫、刘继芳编著，《非线性光学》， 西安电子科技大学出版社，2003.3; 2005.3 2、钱士雄、王恭明编著，《非线性光学--原理与进展》， 复旦大学出版社，2001 3、沈元壤,《非线性光学的原理》,科学出版社,北京,1987。 Y．R．Shen, The Principles of Nonlinear Optics, John Wiley Sons,1984. 4、R.W.Boyd，Nonlinear optics， Academic Press, 2003 5、叶佩弦主编,《非线性光学物理》,北大出版社,2007.7 6、张克从、王希敏，《非线性光学晶体材料科学》， 科学出版社，1996
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和频(SFG Sum-Frequency Generation) 差频(DFG Difference-Frequency Generation) 光学参量振(OPO Optical Parameter Oscillation) 将可见激光转换至红外波段 利用晶体材料的双折射效应以补偿折射率的色散， 在许多晶体中，如KDP，ADP，LiNbO3及LiIO3，实现 了有效的相位匹配,得到高转换效率的相干辐射。
绪 论 非线性光学进展 研究全面深入的20年(1971—1990)
非线性光学材料
1960年代时，非线性光学晶体 KDP，ADP，LiNbO3 等， 在SHG，SFG 及OPO 器件上得到了广泛的应用。 在损伤阈值、短波吸收及稳定性方面有相当的局限 性。1970s以来，有机非线性晶体材料方面制得了尿素 晶体。 KTP ( KTiPO4 )的发现，为无机非线性晶体材料增添了 有大的非线性光学系数、高损伤阈值的材料。 1970s以来, 中国科学院福建物构所陈创天等人 提出了非线性极化率的离子基团模型，并应用于硼体 系无机晶体，在1980s成功地推出了β-BaB2O4 (BBO)及 LiB3O5 (LBO)两种性能优越的晶体。短波吸收限比KDP 和ADP更短，具有大的非线性光学系数，对新型激光器 件的研制起了极大的推动作用。
SHG (Second-Harmonic Generation) 发现极大地
促进了无机晶体材料在相干辐射产生中的应用。
1962年Woodbury用硝基苯研究调Q激光器时发现， 激光器谱线中，还有766nm谱线（红移1345 cm1 ）与激光束同样的传播方向和小发散角。这是与 分子振动有关的相干辐射，受激拉曼散射SRS (Stimulate Raman Scattering )。它在大量的介 质材料(包括气体、液体及固体)中都先后观察 到。 受激布里渊散射SBS(Stimulate Brillouin Scattering )当激光束射入晶体材料后，观察到 在入射激光线的近旁存在着几条亮度很高的辐射 线，频差在 1cm-1 以下，这是与晶体等材料中声 学波相联系的SBS效应。 绪 论 非线性光学进展
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非线性光学
1、介质被激光照射，可以产生新频率的光束 2、两个光束在传播过程中经过交叉区域后， 其强度会互相传递，此消彼长 3、介质的光学参数随入射光强变化 …… Bloembergen 物质对于外加电磁场的响应，并不是外加电磁场 振幅的线性函数，都属于非线性光学效应的范畴
非线性光学发展简史
非线性光学的早期10年 研究全面深入的20年 20世纪90年代以后 (1961—1970) (1971—1990) (1991—)
Butcher也推出了Nonlinear Optical Phenomena，
从密度矩阵方程出发，推导了介质体系中非线性极化率 的基本公式。
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研究全面深入的20年(1971—1990)
非线性光学效应 光纤中孤子，光学双稳态及混沌，光学压缩态。 新型非线性光学晶体材料 ps及fs激光器 超快脉冲进行非线性光学的研究 1960s 发现四波混频(FWM Four-Wave Mixing ) 简并四波混频( DFWM )或近简并四波混频( NDFWM) 技术作为一种重要的产生相位复共轭光束的方法， 在畸变相位的恢复、相位共轭腔的设计方面得到了 广泛的应用。
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光纤通信、光学压缩态
光纤通信 在1970年代初开始研究。 低损耗石英光纤的制成以及近红外波段激光器性能提 高，光纤通信的研究取得了突飞猛进的发展，成为通信 领域最重要和最有发展潜力的手段。 1980年代中期，量子光学领域，获得光学压缩态。 光纤通信中，使用低噪音的光波可望极大地利用光的通 信能力。光学压缩态能将光波电场的两个正交分量中的 一个分量的噪音转移到另一个分量之中，以使这个分量 的噪音降低至真空态的量子噪音以下。光学压缩态首先 是由贝尔实验室的Slusher 等人于1985年在钠蒸汽中采 用近简并四波混频方法获得的。此后许多研究小组陆续 报道了在理论与实验方面对压缩态的研究成果，这些研 究结果主要都是利用与相位有关的非线性光学过程。
非线性光学（ Nonlinear Optics ）
课程属性：专业基础课 学时/学分：40/2 预修课程：电动力学、(量子力学) 教学目的和要求： • 光学及其相关专业研究生的专业基础课 • 非线性光学的基本原理及其重要的应用 • 非线性极化率理论，耦合波方程 • 二阶、三阶非线性光学效应 • 四波混频与光学相位共轭，非线性光学晶体等
Y.Shen,The Principles of Nonlinear Optics。
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20世纪90年代以来的进展
新型的非线性光学晶体，如β-BaB2O4 (BBO)及 LiB3O5 (LBO)及KTiPO4(KTP)等，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 (OPO )及光学参量放大器(OPA )。 采用染料激光器或者钛宝石激光器得到调谐的 相干辐射，其波长调谐的实际应用方面受到限 制。基于ps及fs全固态激光器的研制成功及高 质量非线性光学晶体的发现，OPO 及OPA 等技 术在ps和fs谐激光及连续波调谐激光方面的应 用显示了极大的应用潜力。
Nd:YAG激光器，在平均功率未达到损伤阈值时，
钕玻璃棒中会出现细丝状损伤，这是由于自聚焦 (Self-Focusing ),焦点处高于损伤阈值。 在大功率激光器的研制中是一个需要避免的问题， 使其他一些受激过程提前出线。
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饱和吸收：增加入射激光强度，介质的吸收系数会随 之减小。饱和吸收效应，可以在有较大多普勒宽度的 光谱线轮廓中得到有很窄线宽的饱和吸收下凹，也观 察到了反饱和吸收现象。这种具有自然线宽宽度的窄 下凹或窄尖峰的结构的存在被用求进行高精度的干涉 计量和频标研究工作。 双光子吸收效应(Two-Photon Absorption)：介质中的 分子或原子可以经过两个光子的同时吸收而跃迁至较 高的一个激发态。双光子吸收系数与入射光强度的平 方成正比, 可以将它与其他效应区分开来，大大促进 了高分辨无多普勒激光光谱的研究与发展。 瞬态光学效应: 利用脉冲激光激发后，在介质中可以 观察到许多瞬态现象，包括光子回波、光学扰动、自 感应透明及自感应衰减等效应，它们与激发后介质体 系中的相位演变有密切的关系。利用这些技术，可以 研究介质的弛豫特性。 量子光学、量子信息。
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半导体体非线性光学材料
1960s，半导体体材料的非线性光学极化率。 1970s以来，实现了各种人工微结构，如半导 体量子阱，超晶格。它们的光学特性及非线 性光学特性具有与体材料明显不同的特点。 利用非线性光学效应研究半导体微结构中的 激子、电子和空穴的结构及弛豫特性 研究增强的非线性光学效应
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光学双稳态 1975年贝尔实验室在F-P干涉腔中的钠蒸汽得 光学双稳态。-- 光学计算 1975年实现色散型双稳态 1981年观察到吸收型的光学双稳态。 1980s，四波混频、克尔效应及自聚焦等过程 都可以用于产生光学双稳态，在大非线性特性的 材料中还观察到多稳态。 光学双稳态的发现促进了对不稳定性的认 识，随着输入光强的增加，这种不稳定性表现为 周期性振荡、周期加倍等，最终会导致混沌。
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极短波长激光器 利用非线性光学效应产生真空紫外(VUV)， 极端真空紫外(XUV)波段的相干辐射 直接制造这些波段的激光器存在许多困难。 采用非共振FWM或多波混频可以在惰性气体、 属蒸汽中得到VUV及XUV波段的相干辐射。在 软X射线区，由于介质的显著吸收，相干辐射的 产生就需要借助于如高温等离子体、核爆炸、强 激光轰击金属靶等方法。 VUV、XUV及软X射线区的激光器 可用于超大规模集成电路光刻，观察原子、分 子等微观世界全息技术以及高激发态光谱研究。
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理论方面
Amstrong等人在1962年发表了关于光场与物质的非线性
相互作用的长篇论文，至今仍有一定参考价值。
Bloembergen 1965年出版 Nonlinear Optics，
对非线性光学极化率，当时已发现的SHG、SRS等效应作 详细的讨沦，是非线性光学领域的经典性著作。
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