非线性光学简介

1、* 非线性光学简介（nonlinear optics）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一1 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 P与 E 成线性关系式中 对各向同性介质极化强度 介质的电极化率 当电场强度 E 不太大时（弱光）*非线性光学简介2 当电场强度 E 很大时（强光） E 和 P 呈非线性关系 线性极化率 二次（阶）非线性极化率 三次（阶）非线性极化率可以证明，各次极化率间有如下关系：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。E原子

2、1010 V/m3 对普通光 E 10 4 V/m，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出了各种非线性效应。此时第二项就不能忽略了，此时展迅速，并很快形成为一个专门的新兴的学科。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，非线性光学发介质就表现4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 若 E =E0 cos t， 第二项 0（2）E 2 = 0（2）E02 cos2 t = 0（2）E02/ 2（1+cos2 t）第一项 0 （1）E = 0（

3、1）E0 cos t直流成分二倍频原有频率二阶非线性效应：则5 光整流效应： 二倍频现象： 用途广 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。钕易获高功率应用：例如：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。不可见可见 Nd3+ 激光器1.064m 0.532m 绿光频倍脉冲红宝石激光器水晶片3471.5 6943 棱镜演示激光倍频（KG045）6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）7 设输入两束光 ，角频率为 1 、 2 总场强 E = E10 cos 1 t + E

4、20 cos 2 t（2）E2 = （2）（E10 cos1t + E20 cos2t）2二. 混频效应= （2）E102 /2（1+cos21t）+ +（2）E202 /2（1+cos22t）+ +（2）E10 E20 cos(1+2)t + cos(1-2)t 和频项差频项则二次项：倍频项8 2 1激光器1激光器2 晶体（KH2PO4） 2 1 1+ 2 1 22 22 1 1 2波区的强光辐射。 1- 2 122 12 2 1+ 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9收系数为0，从而使本来不透明的

5、物质变得透明三 . 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。强光可使物质分子的一半处于激发态，物质的吸收系数正比于上、下能级粒子数差。光致透明。 在电磁学中，磁滞回线（即 BH 曲线）有 此时吸 非线性光学中也有类似于磁滞回线的现象：非线性性质，利用它可以制作记忆元件。10I0 为入射光强 I 为透射光强 0透明不透明透射光的光强有两种稳定状态入射光强与透射光强间具有滞后回线的特性。在 I0 和 I0 区间内，每一入射光的光强所对应的光学双稳态。光学双稳态器件有可能用在：逻辑元件等方面。高速光通讯、光学图象处理、光学限幅器、光存储以及光学 非线性电光晶体I0I法布里 珀罗腔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