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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
目前发展起来的非线性物理学科包括：
* 非线性光学（Nonlinear Optics） * 非线性声学 （Nonlinear Acoustics） * 非线性动力学 （Nonlinear Dynamics）
* 量子混沌 (Quantum Chaos) ……
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非线性光学 绪 论 ppt课件
研究范畴
非线性光学是研究强光与物质相互作
1965年，Bloembergen等人出版《Nonlinear Optical phenomena》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
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2）非线性光学研究全面深入的20年（1971-1990）
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
激光技术催生非线性光学的出现并推动了其 发展。
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线性光学
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）
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非线性光学过程的能量、ppt动课件 量条件
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发展历史（三阶段）
极化 极化对电场的响应 非线性响应 极化的宏观描述
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光学非线性响应---极化
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光学非线性响应---原子、分子的非线性响应
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光与物质相互作用的线性描述已不能满足需求
极化强度的非线性表达
P

0

(1)
E



0
(2)
:
EE
p非pt课件线性光学
单束光在介质中传播，通过干涉、衍 某一频率的入射光，可通过与介质的相
射、折射可以改变空间能量的分布和 互作用转换成其它频率的光（如倍频），
传播方向，但与介质不发生能量的交 还可以产生一系列在光谱上周期分布的
换，不改变光的频率
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
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课程主要内容
绪论 非线性电极化过程和耦合波的基础知识 光学倍频效应/ 和频、差频效应（三波混
频）/光学参量振荡和放大效应 四波混频/ 光学相位共轭 第五章 光学克尔效应/ 光束自聚焦/ 自相位调制/
光学双稳态效应 第六章 受激拉曼散射/ 受激布里渊散射
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源
线性相应和非线性响应
描述物理量之间的联系 变化关系
认知逻辑的“惰性” 对变换关系的简单 理解 总希望找
到 线性关系
在进一步深化认识的过程中， 又意识到非线性的存在
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线性响应
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非线性响应
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非线性科学


E(t) ~ P(t)
介质对光场的响应呈线性关系：线性光学
介质对光场的响应呈非线性关系：非线性光学
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绪 论 非线性光学的历史
诞生 适用范围 发展阶段 特点
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非线性光学的诞生
最早的光学二次谐波产生 1961年Franken
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在非线性晶体中，如果注入的泵浦光足够p强pt课，件 就会发生一系列 的非线性效应。
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教材：《非线性光学物理》 叶佩弦 著
参考书目：
1、《强光光学及其应用》 刘颂豪 赫光生 著 2、《非线性光学原理》 沈元壤 著 顾世杰 译 3、《非线性光学》
石顺祥 陈国夫 赵卫 刘继芳 编著 4、《非线性光学》 李淳飞 著 5、《高等光学教程》 季家镕 冯莹 编著
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
线性和非线性 (数学和物理上) 非线性科学，目前有六个主要研究领域，即： 混沌 (Chaos) 孤子波（Soliton） 分形（Fractal） 模式形成（Pattern formation） 元胞自动机（Cellular automata） 复杂系统 (Complex system)
用过程中出现的各种新现象和新效应
光
物质
光
介质 极化
E(t) 极化响应过程 P(t)
辐射过程
辐 射 E(t)


E(t) ~ P(t)

P介(质)对光场的响应呈线耦性合关波系方：程线性光学
介质对光场的响应呈非线性关系：非线性光学
各种非线性光学现象 各光波间能量的转换
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绪 论 非线性光的学的基本体系
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非/线性描述的适用范围
由非线性光学理论可以证明


P(n1) ~ E
P(n)
Eat
原子内的平均电场强度 的大小（～1011 V/m）
弱光下，E Eat ，二阶以上非线性极化强度可
忽略
强光下， E ~ Eat ，二阶以上非线性极化强度不可
忽略
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学科特点


0
(3)


EEE

P(1) P(2) P(3) P(1) P NL
其中， (1)为线性极化率， (2) 和 (3)是二阶，三阶非线性极化 率。对于各向异性介质 ， (n)为（n+1）阶张量，张量元一般为
复数，实部对应介质的折射率，虚部对应介质的吸收