非線性光學(xué)復(fù)習(xí)

1、2015非線性光學(xué)復(fù)習(xí)緒論非線性光學(xué)進(jìn)展發(fā)展階段，重要事件（時(shí)間），著作第一章光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論非簡(jiǎn)諧振子模型，電極化強(qiáng)度P，極化率的一般性質(zhì)補(bǔ)充一晶體學(xué)基面礎(chǔ)品系的劃分，晶體的對(duì)稱性，點(diǎn)群表及國(guó)際符號(hào)，點(diǎn)群國(guó)際符號(hào)對(duì)應(yīng)方向補(bǔ)充二晶體性質(zhì)的數(shù)學(xué)描述張量的基本知識(shí)，張量分量的坐標(biāo)變換，對(duì)稱矩陣及逆變換，坐標(biāo)變換矩陣，宏觀對(duì)稱性對(duì)張量分量的約化第三章光波在非線性介質(zhì)傳播的電磁理論光波在晶體中傳播特性，波法線菲涅耳方程，光在單軸晶體中的傳播規(guī)律，折射率橢球及折射率曲面，耦合波方程，相位匹配概念及方法，相位匹配條件及偏振分析第四章二階非線性光學(xué)效應(yīng)線性電光效應(yīng)，光學(xué)整流效應(yīng)，諧波、和頻及差頻，

2、有效非線性系數(shù)，光參量放大與振蕩，參量振蕩的頻率調(diào)諧第五章三階非線性光學(xué)效應(yīng)自聚焦效應(yīng)、三次諧波的產(chǎn)生，四波混頻，雙光子吸收，受激Ramant射第七章四波混頻與光學(xué)相位共腕四波混頻與光學(xué)相位共腕第一章非線性光學(xué)極化率的經(jīng)典描述線性光學(xué)過程的經(jīng)典理論1、光和物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論組成物質(zhì)的原子、分子，在入射光波電磁場(chǎng)作用下感生出電偶極矩,運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁波輻射。2、諧振模型原子(分子)中電子在光頻電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，作帶阻尼的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。3、光的散射與吸收、發(fā)射非線性光學(xué)可觀察的非線性光學(xué)效應(yīng)，通常要用激光，甚至脈沖強(qiáng)激光1、非線性過程A、強(qiáng)光在介質(zhì)中感應(yīng)出非線性響應(yīng)(本構(gòu)方程)B、介質(zhì)反作用，非線性的改變

3、光場(chǎng)(Maxwelleqs)耦合波方程組2、電極化強(qiáng)度P(1.2-3538)3、非呼諧振子模型之302x+ax2+bx3+諧振子非簡(jiǎn)諧振子線性二階三階非線性4、非線性光學(xué)極化率的對(duì)稱性兩個(gè)普遍關(guān)系n)(E,P實(shí)數(shù))n)真實(shí)性條件：2jn(;1,n)1jn(;1,本征對(duì)易對(duì)稱性:(n)(.)(.ij1jn(;1,n)Pij1jn(;1,算符P代表數(shù)對(duì)(j1,1),(jn,n)的任何交換透明(無損耗)介質(zhì):完全對(duì)易對(duì)稱性：上式中的算符P還包括數(shù)對(duì)(i,)與其它數(shù)對(duì)的任何交換.這一對(duì)稱性把同一階的不同非線性光學(xué)效應(yīng)的極化率分量之間建立關(guān)系.Kleinman對(duì)稱性：當(dāng)介質(zhì)為弱色散時(shí),非線性光學(xué)極化率基

4、本上與頻率無關(guān).例如二階非線性極化率；)(;,)若滿足此對(duì)稱性時(shí)便有(；)(2)(;)(2)(;)ijk(;,)jik(;,)jki(;,)它使極化率的獨(dú)立分量數(shù)目大為減少.簡(jiǎn)并度：:(MiM2MrN)M1。!Mr!空間對(duì)稱性：晶體具有空間對(duì)稱性,各階非線性極化率的分量之間有一定關(guān)系,使極化率的獨(dú)立分量數(shù)目大為減少.設(shè)坐標(biāo)變換：eiAjej,n階張量T,經(jīng)過座標(biāo)變換,變成TT(n)AAAAT1ijk.lAiaAjbAkc-Alf1abc.f如果坐標(biāo)變換是按對(duì)稱操作F?進(jìn)行，則有TT0聯(lián)合兩式便可找到張量各分量之間的關(guān)系，從而減少了極化率的獨(dú)立分量數(shù)目.利用空間對(duì)稱性還可以證明，具有中心反射對(duì)稱

5、性的介質(zhì)，必定不存在偶數(shù)階的非線性光學(xué)效應(yīng).補(bǔ)充晶體學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)描述品系的劃分：7大品系，14種布拉菲格子對(duì)稱元素種類：對(duì)稱中心(centerofsymmetry),對(duì)稱面(symmetryplane),對(duì)稱軸(symmetryaxis),倒轉(zhuǎn)軸(rotoinversionaxis),映轉(zhuǎn)軸(rotoreflectionaxis)點(diǎn)群表及國(guó)際符號(hào)：32種點(diǎn)群(表1-4)點(diǎn)群國(guó)際符號(hào)對(duì)應(yīng)方向：(表1-6)張量的基本知識(shí)：對(duì)稱二階張量，下標(biāo)簡(jiǎn)化(表2-3)張量分量的坐標(biāo)變換：張量正變換，逆變換對(duì)稱矩陣及逆變換，坐標(biāo)變換矩陣：(表2-5)宏觀對(duì)稱性對(duì)張量分量的約化：四方晶系化簡(jiǎn)，對(duì)稱中心的化簡(jiǎn)，常用

6、晶體化簡(jiǎn)。第三章光波在非線性介質(zhì)內(nèi)傳播3.1 光波在各向異性晶體中的傳播表3.1-1單軸晶體（正單軸晶體，負(fù)單軸晶體）折射率橢球雙軸晶體（計(jì)算不要求）3.3 耦合波方程（推導(dǎo)不要求）穩(wěn)態(tài)平面波（3.3-23）準(zhǔn)單色波（3.3-32）A、能量守恒，近似動(dòng)量守恒（相位匹配）B、方程通過PNL非線性地耦合在一起，實(shí)現(xiàn)各波之間轉(zhuǎn)換，PNL越大，（XefX泵浦場(chǎng)）越強(qiáng)，效應(yīng)躍顯著常用近似（意義，條件）A、慢變振幅近似：波在傳播比波長(zhǎng)大地多的距離后，才有顯著的能量轉(zhuǎn)移B、無限大平面近似：光束直徑>>波長(zhǎng)C、泵浦強(qiáng)度近似：泵浦光轉(zhuǎn)化率<<1。3.5相位匹配角度相位匹配，溫度相位匹配，

7、90度相位匹配，緩沖氣體相位匹配表3.5-1Ak=k1+k2-k3n1co1+n2co2=n3co3A、正常色散各向同性介質(zhì)無法實(shí)現(xiàn)相位匹配B、只能利用反向色散或雙折射晶體達(dá)到光線相位匹配C、緩沖色體調(diào)節(jié)第四章二階非線性效應(yīng)三波混頻的耦合波方程信號(hào)光泵浦光生成光小信號(hào)理論下的過程耦合波方程及其解和頻差頻上參量下參量參量過程放大與參量振蕩比較過程，意義（用途），近似，結(jié)果，相互關(guān)系如：差頻產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外無限大平面波（光速直徑大于）可能不再適用曼利羅關(guān)系（4,32426）,（4.3-2730）（N關(guān)系）大信號(hào)理論下的結(jié)果：圖4.3-1,4.3-2,4.3-3限制高轉(zhuǎn)換率的因素如果泵浦功率保持不變，和頻

8、產(chǎn)生的輸出功率隨泵浦強(qiáng)度而增加.聚焦泵浦光束來達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換效率.然而，1）激光強(qiáng)度太高會(huì)導(dǎo)致晶體內(nèi)的光學(xué)損傷；2）聚焦會(huì)使光束截面減小，可能減小其有效相互作用長(zhǎng)度.3）差的光束質(zhì)員也會(huì)降低轉(zhuǎn)換效率.多模激光束增大了逸散效應(yīng)，從而減小了相互作用長(zhǎng)度.因此，為了獲得高的轉(zhuǎn)換效率，應(yīng)采用具有TEM0模的光束.有效非線性關(guān)系系數(shù)表4.4-2參量放大與參量振蕩和頻的逆過程，可用單個(gè)泵浦光激發(fā)諧振腔由兩塊平行的平面反射鏡構(gòu)成，1）雙共振的諧振腔的反射鏡強(qiáng)烈反射頻為1和2的波；2）單共振的諧振腔的反射鏡只強(qiáng)烈反射頻率為1或的波。3）通常，反射鏡對(duì)泵浦波透明。單程參量增益很小，泵浦光無損耗。雙共振參量振蕩器

9、優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：不穩(wěn)定參量振蕩器的頻率調(diào)諧1）角度調(diào)諧2）溫度調(diào)諧第五章三階非線性效應(yīng)1、Keer效應(yīng)（5.1-1）光Keer效應(yīng)（5.1-3）三階非線性效應(yīng)2、自聚焦：自聚焦是一種感應(yīng)的透鏡效應(yīng)。光束在非線性介質(zhì)中傳播時(shí)，由于光束具有橫向分布（如有高斯分布）,介質(zhì)折射率為n=n0+An（|E|2）,其中An是光場(chǎng)感應(yīng)的拆射率變化.如果An是正的，導(dǎo)致n中心>n邊緣產(chǎn)生自聚焦。1）、自聚焦常常是造成透明材料的光損傷的原因；2）、對(duì)于介質(zhì)中其它非線性過程，起很重要的作用，是SRSt劇地開始的原因3）、當(dāng)對(duì)輸入光束的自聚焦作用與衍射作用正好相互抵消時(shí)，光束直徑不變，稱做光束的自陷.3、三次諧波4、四波混頻（三級(jí)過程）圖5.3-1CD-ACDCl)5、雙光子吸收、受激Ramar®射5.1 -與介質(zhì)有關(guān)A>0StokesAw<0反Stokes5.2 SRS=由自發(fā)Ramarffi射生長(zhǎng)出來的雙光子受激過程，三階過程。5.3 高階Rama做應(yīng)（圖5.5-4,圖5.5-5,方向特性）高階Stokes和反Stokes輻射，s,n=±fi5.4、應(yīng)用提供具有新的頻率的強(qiáng)相干輻射；高分辨率光譜學(xué)，研究物質(zhì)性質(zhì)（物質(zhì)波方程）5.5 理論不能解釋重要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比理論