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光整流效应： P 中的直流成分表明，光照晶体 可在晶体的某两个表面间产生直流电压。 水 3471.5 Å 二倍频现象： 晶 6943 Å 片
红宝石激光器
脉冲 棱镜
应用： ◆ 使不可见光→可见光（改变光颜色）；
◆
可提高产生所需频率激光的效率。
倍
例如： Nd3+ 激光器→1.064m → 0.532m 绿光 频
钕 不可见 易获高功率 可见 用途广
演示 激光倍频（KG045）
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由二极管泵浦的Nd:YAG激光器产生的二倍频激光（532nm）装置 （采用自调Q、腔内倍频技术，清华大学物理系研制）
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二. 混频效应 设输入两束光 ，角频率为 1 、 2 总场强 E = E10 cos 1 t + E20 cos 2 t 则二次项： （2）E2 = （2）（E10 cos1t + E20 cos2t）2 = （2）E102 /2（1+cos21t）+ +（2）E202 /2（1+cos22t）+ +（2）E10 E20 cos(1+2)t + cos(1-2)t
对普通光
此时
E ～ 10 4 V/m，
( 2) E 2 ( 2) E (1) E 10 6 E原子 (1) E
高阶项不重要，只留第一项，是线性效应。
对激光
E 可很容易达到并超过10 8 V/m 此时第二项 ( 2 ) E 2 就不能忽略了，介质就表现
出了各种非线性效应。 1961年弗兰肯（P.A.Farnken）等首先观察到 光学倍频这一非线性现象。此后，非线性光学发 展迅速，并很快形成为一个专门的新兴的学科。
E 不太大时（弱光） —— P与 E 成线性关系
极化强度 P 0 ( r 1) E 0 e E
式中
e r 1 —— 介质的电极化率
2
★
当电场强度 E 很大时（强光）
P 0 (1) E ( 2 ) E 2 ( 3 ) E 3
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I
I0
透明
不透明
I
非线性 法布里— 珀罗腔 电光晶体 I0 —为入射光强
I — 为透射光强
I 0 I 0 I0 入射光强与透射光强间具有滞后回线的特性。
0
在 I0 和 I0 区间内，每一入射光的光强所对应的 透射光的光强有两种稳定状态 ——光学双稳态。 光学双稳态器件有可能用在：高速光通讯、 光学图象处理、光学限幅器、 光存储以及光学 逻辑元件等方面。 11
半导体制成的光学双稳态器件有如下特点： 尺寸小：直径几 mm 厚度101 ～102m 功耗低：10 W/m2 ～ 1 W/m2 开关时间短： ～ 10 - 12 s 它有可能成为未来的光学计算机的逻辑元件。 当前光学双稳态已成为非常活跃的研究课题。 除以上举例介绍的几种非线性光学效应外， 常见的非线性光学效应还有受激拉曼散射、自聚 焦与自散焦、 多光子吸收等，此处再不介绍了。

( 3 ) —— 三次（阶）非线性极化率 可以证明，各次极化率间有如下关系：
( 2 ) —— 二次（阶）非线性极化率
(1)—— 线性极化率
—— E 和 P 呈非线性关系
( 2) ( 3) (4) 1 ( 2) ( 3) ， 原子 1010 V/m E (1 ) E原子 各向异性介质中，极化率是张量，P 和 E 的关系 较复杂，这里不再做介绍。 3
* 非线性光学简介
（nonlinear optics）
பைடு நூலகம்
图为中国科学院福建物质结构研究所研制的非线性光学晶体三硼酸
1 锂，被美国评为1989年度国际激光与光电子技术领域十大产品之一
*非线性光学简介
弱光在介质中符合叠加原理 — 线性光学 强光在介质中不符合叠加原理 — 非线性光学 对各向同性介质
★ 当电场强度
三 . 光致透明和光学双稳态 激光很强时，物质的吸收系数会与光强有关。 物质的吸收系数正比于上、下能级粒子数差。 强光可使物质分子的一半处于激发态， 此时吸 收系数为0，从而使本来不透明的物质变得透明 ——光致透明。 在电磁学中，磁滞回线（即 B～H 曲线）有 非线性性质，利用它可以制作记忆元件。 非线性光学中也有类似于磁滞回线的现象：
“非线性光学简介”结
束
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下面举例介绍几种常见的非线性光学现象： 一. 倍频效应 由极化强度 P 中的第二项0（2）E 2引起的
二阶非线性效应： 若 E =E0 cos t，则
原有频率
第一项 0 （1）E = 0（1）E0 cos t 第二项 0（2）E 2 = 0（2）E02 cos2 t
= 0（2）E02/ 2（1+cos2 t）
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激光器1 1
2
激光器2
1 2
1 2 21 2 2 1 2 1+ 2
晶体 （KH2PO4）
1- 2
1 2
1+ 2
2 1 2 2 和频与差频能获得更多频率的相干强光辐射。 例如，利用和频可产生可见光至紫外的强光辐射， 而用差频则可产生波长较长的红外至亚毫米段微 波区的强光辐射。 9