非線性光學(xué)課程教學(xué)大綱

1、非線性光學(xué)課程教學(xué)大綱一、非線性光學(xué)課程說(shuō)明（一）課程代碼：08131102（二）課程英文名稱：Non-lin ear Optics（三）開(kāi)課對(duì)象：應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)本科生（四）課程性質(zhì)：非線性光學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的專業(yè)選修課程之一，它是一門介于基礎(chǔ)與應(yīng)用之間 的學(xué)科，隨著實(shí)驗(yàn)與理論研究的深入，它幾乎在所有科學(xué)領(lǐng)域中都獲得廣泛的應(yīng)用。本 課程除了討論非線性光學(xué)的理論基礎(chǔ)外，還主要介紹在非線性介質(zhì)中產(chǎn)生的各類非線性 光學(xué)現(xiàn)象，并且注意介紹與光通信及光電子有關(guān)的最新進(jìn)展，是通信及其光學(xué)各專業(yè)學(xué) 生必須具備的理論基礎(chǔ)。（五）教學(xué)目的：了解有關(guān)非線性光學(xué)的基本現(xiàn)象及其物理描述，為學(xué)生今后在本領(lǐng)域或相關(guān)領(lǐng)域

2、工 作提供理論基礎(chǔ)。（六）教學(xué)內(nèi)容：本課程講述了非線性光學(xué)的基本原理和概念。主要內(nèi)容包括二階和三階的各種非線 性光學(xué)現(xiàn)象，并介紹了在激光態(tài)非線性光學(xué)、光學(xué)雙穩(wěn)性、光學(xué)混沌、自聚焦、光孤子 和全光開(kāi)關(guān)等方面的最新發(fā)展和應(yīng)用。（七）學(xué)時(shí)數(shù)、學(xué)分?jǐn)?shù)及學(xué)時(shí)數(shù)具體分配學(xué)時(shí)數(shù)： 36 學(xué)時(shí)分?jǐn)?shù)： 2 學(xué)分學(xué)時(shí)數(shù)具體分配：教學(xué)內(nèi)容講授實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐合計(jì)第一章緒論22第二早介質(zhì)的非線性極化44第三章光學(xué)三波耦合過(guò)程44第四章 光學(xué)四波耦合過(guò)程44第五章非線性折射率效應(yīng)88第六章非線性光散射66第七章非線性光吸收與光折射88合計(jì)3636（八）教學(xué)方式以課堂講授為主要授課方式（九）考核方式和成績(jī)記載說(shuō)明考核方式為考試

3、。嚴(yán)格考核學(xué)生出勤情況，達(dá)到學(xué)籍管理規(guī)定的曠課量取消考試資格。綜合成績(jī)根據(jù)平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)?cè)u(píng)定，平時(shí)成績(jī)占40%，期末成績(jī)占60%。二、講授大綱與各章的基本要求第一章 緒論教學(xué)要點(diǎn)：通過(guò)本章學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解研究非線性光學(xué)的意義和非線性光學(xué)的發(fā)展史及發(fā)展趨勢(shì)，知道非線性光學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域。1、了解研究非線性光學(xué)的意義。2、了解非線性光學(xué)的發(fā)展及其發(fā)展趨勢(shì)。3、明確非線性光學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域。教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)研究非線性光學(xué)的意義第二節(jié)非線性光學(xué)的發(fā)展第三節(jié)非線性光學(xué)的應(yīng)用考核要求：1、非線性光學(xué)的分類（識(shí)記）2、非線性光學(xué)的應(yīng)用（領(lǐng)會(huì)）第二章 介質(zhì)的非線性極化教學(xué)要點(diǎn)：要求學(xué)生掌握光在不同

4、非線性介質(zhì)中傳播時(shí)波動(dòng)方程，掌握極化率的定義、性 質(zhì)和物理意義，重點(diǎn)掌握極化率實(shí)部和虛部的關(guān)系，以及與極化率實(shí)部和虛部相對(duì) 應(yīng)的折射率和吸收系數(shù)之間的關(guān)系。1、理解各向異性非線性介質(zhì)的時(shí)域、頻域波方程。2、理解各向同性非線性介質(zhì)的時(shí)域、頻域波方程。3、掌握極化率實(shí)部和虛部的關(guān)系，以及與極化率實(shí)部和虛部相對(duì)應(yīng)的折射率和吸收系數(shù)之間的關(guān)系。4、掌握極化率的定義、性質(zhì)和物理意義。教學(xué)時(shí)數(shù)： 4 學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 非線性介質(zhì)的波方程第二節(jié) 非線性極化率第三節(jié) Kramers Kronig 色散關(guān)系考核要求：2.1 非線性介質(zhì)的波方程2.1.1 非線性介質(zhì)的麥克斯韋方程（識(shí)記）2.1.2 各向異性非

5、線性介質(zhì)的時(shí)域、頻域波方程（領(lǐng)會(huì)）2.2 非線性極化率2.2.1 電極化強(qiáng)度的對(duì)稱性（領(lǐng)會(huì)）2.2.2 簡(jiǎn)并因子（應(yīng)用）2.3 Kramers Kronig 色散關(guān)系2.3.1 常見(jiàn)非線性光學(xué)過(guò)程的非線性極化率（識(shí)記）2.3.2 極化率實(shí)部和虛部的關(guān)系，以及與極化率實(shí)部和虛部相對(duì)應(yīng)的折射率和吸收系數(shù)之間的關(guān)系（領(lǐng)會(huì)）第三章 光學(xué)三波耦合過(guò)程教學(xué)要點(diǎn)： 晶體介質(zhì)的二階非線性光學(xué)效應(yīng)可以用慢變場(chǎng)振幅近似的三波耦合方程來(lái)描 述。本章推導(dǎo)了這些方程，并在此基礎(chǔ)上討論幾種典型的二階非線性光學(xué)效應(yīng)：光 學(xué)倍頻、和頻、差頻和參量過(guò)程。1. 理解三波耦合方程。2. 明確二階非線性光學(xué)效應(yīng)。教學(xué)時(shí)數(shù)： 4 學(xué)時(shí)

6、教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 三波耦合方程第二節(jié) 光學(xué)二次諧波第三節(jié) 光學(xué)和頻、差頻和參量過(guò)程考核要求：3.1 三波耦合方程3.1.1 三波耦合方程（領(lǐng)會(huì)）3.2 光學(xué)二次諧波3.2.1 在小信號(hào)下得到的結(jié)論（識(shí)記）3.2.2 相位匹配技術(shù)（應(yīng)用）3.3 光學(xué)和頻、差頻和參量過(guò)程3.3.1 光學(xué)和頻與頻率上轉(zhuǎn)換（領(lǐng)會(huì)）3.3.2 光學(xué)差頻和頻率下轉(zhuǎn)換（領(lǐng)會(huì)）3.2.3 光學(xué)參數(shù)放大與振蕩（領(lǐng)會(huì)）第四章 光學(xué)四波耦合過(guò)程教學(xué)要點(diǎn)： 通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握三階非線性過(guò)程，了解三次諧波、四波混頻和相位共軛 的概念。1. 理解和掌握三次諧波。2. 理解和掌握四波混頻。3. 掌握光學(xué)相位共軛的定義。教學(xué)時(shí)數(shù)： 4 學(xué)時(shí)

7、教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 三次諧波和四波混頻第二節(jié) 光學(xué)相位共軛考核要求：4.1 三次諧波和四波混頻4.1.1 三階非線性極化強(qiáng)度的表達(dá)式（識(shí)記）4.1.2 四波混頻波方程（領(lǐng)會(huì)）4.2 光學(xué)相位共軛4.2.1 光學(xué)相位共軛的定義（識(shí)記）4.2.2 四波混頻過(guò)程中的光學(xué)相位共軛（領(lǐng)會(huì)）第五章 非線性折射率效應(yīng)教學(xué)要點(diǎn)：本章分別介紹自作用和互作用光克爾效應(yīng)，討論了光束傳播中引起的自聚焦效 應(yīng)理論，以及相關(guān)的時(shí)間和空間自相位調(diào)制現(xiàn)象，最后介紹了基于自聚焦效應(yīng)的測(cè) 量介質(zhì)非線性參數(shù)的單光束自掃描方法。1.掌握光學(xué)克爾效應(yīng)。2.掌握光束自聚焦理論及相關(guān)的調(diào)制現(xiàn)象。教學(xué)時(shí)數(shù)： 8 學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 光學(xué)克爾

8、效應(yīng)第二節(jié) 光束的自聚焦考核要求：5.1 光學(xué)克爾效應(yīng)5.1.1 光學(xué)克爾效應(yīng)的定義（識(shí)記）5.1.2 自作用光克爾效應(yīng)（領(lǐng)會(huì)）5.1.3 互作用光克爾效應(yīng)（領(lǐng)會(huì)）5.2 光束的自聚焦5.2.1光學(xué)自聚焦效應(yīng)理論（應(yīng)用）5.2.2穩(wěn)態(tài)自聚焦和動(dòng)態(tài)自聚焦（領(lǐng)會(huì)）5.2.3自相位調(diào)制（領(lǐng)會(huì)）5.2.4三階非線性極化率的 Z 掃描測(cè)量法（領(lǐng)會(huì)）第六章非線性光散射教學(xué)要點(diǎn)： 掌握受激拉曼散射和受激布里淵散射的物理機(jī)理和規(guī)律。 1. 自發(fā)輻射光散射的分類。2. 受激散射光的新特征。3. 受激拉曼散射的物理機(jī)理和規(guī)律。4. 受激布里淵散射的物理機(jī)理和規(guī)律。教學(xué)時(shí)數(shù)： 6 學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)受激拉曼散射第

9、二節(jié)受激布里淵散射考核要求：6.1 受激拉曼散射6.1.1自發(fā)輻射光散射的分類（識(shí)記）6.1.2受激散射光的新特征（識(shí)記）6.1.3受激拉曼散射的經(jīng)典理論（領(lǐng)會(huì)）6.1.4受激拉曼散射的物理機(jī)理和規(guī)律（領(lǐng)會(huì)）6.2 受激布里淵散射6.2.1受激布里淵散射的經(jīng)典理論（領(lǐng)會(huì)）6.2.2受激布里淵散射的物理機(jī)理和規(guī)律（領(lǐng)會(huì)）第七章非線性光吸收與光折射教學(xué)要點(diǎn)： 通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握激光與介質(zhì)相互作用所引起的各種非線性光吸收效應(yīng)， 以及相關(guān)的非線性折射效應(yīng)，掌握由基態(tài)至第一激發(fā)態(tài)躍遷引起的飽和吸收和飽和 折射，由第一激發(fā)態(tài)至更高激發(fā)態(tài)躍遷引起的反飽和吸收與反飽和折射，以及由基 態(tài)至虛能級(jí)躍遷引起的雙光子吸收現(xiàn)象。1. 理解飽和吸收與反飽和吸收。2. 理解飽和折射與反飽和折射。3. 理解雙光子吸收。教學(xué)時(shí)數(shù)： 8 學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 飽和吸收和反飽和吸收第二節(jié) 飽和折射和反飽和折射第三節(jié) 雙光子吸收考核要求：6.1 飽和吸收和反飽和吸收6.1.1 飽和吸收（領(lǐng)會(huì)）6.1.2 反飽和吸收（領(lǐng)會(huì)）6.2 飽和折射和反飽和折射6.2.1 飽和折射和反飽