[拼音]：feixianxing guangxue

[外文]：nonlinear optics

研究介質在強相干光作用下出現的與介質的非線性極化相聯系的各種光學效應，以及如何利用這些效應的學科。

光與物質的線性相互作用

過去的光學理論認為，介質的極化強度與入射光波的場強成正比。于是，表征物質光學性質的許多參數，如折射率、吸收系數等都是與光強無關的常量。普遍的光學實驗證實，單一頻率的光通過透明介質后頻率不會發生任何變化，不同頻率的光之間不會發生相互耦合作用。激光出現后的短短的幾年內，人們觀察到許多用過去的光學理論無法解釋的新效應。為了解釋這些新效應，產生了非線性光學理論。

光與物質的非線性相互作用

光波在介質中傳播時，介質的極化強度矢量P與光波的場強E之間的關系可表示為

式中X，X，X，…，分別稱為介質的一階、二階、三階、…電極化率，它們通常都是張量。對常用的晶體，X≈10^-9esu，X≈10^-14 esu。普遍光源的相干性很差，亮度低，高次方項的影響可以忽略，介質的極化強度與入射光波的場強成正比。

激光是極強的相干光，高度比普遍光高幾十億倍，場強高次方項對介質極化的影響不能忽略。由麥克斯韋方程可導出包括光波場強高次方項作用在內的非線性波動方程組。這樣，大部分新的光學現象都可以得到滿意的解釋。例如，若只考慮二次項的標量形式，則頻率為v的光E＝E₀sin(2πvt)射入介質，極化強度

因此，介質極化中有相當于入射光頻率二倍的成分，相應的電磁輻射中就有頻率為2v的光出現。

已觀察到的非線性光學效應主要有光二倍頻、和頻、差頻、光參量振蕩（放大）、高次倍頻、自聚焦、自透明等。

和頻

頻率為v₁和v₂的兩束光（其中至少有一束是激光）同時入射到某些介質中時，產生頻率為v=v₁+v₂的光束。

差頻

頻率為v₁和v₂(v₁＞v₂)的兩束光(其中至少有一束是激光) 同時入射到某些介質中時，產生頻率為v₃＝v₁－v₂的光束。

高次倍頻

頻率為 v的激光入射到某些介質中時，產生頻率為3v 的激光。這種現象稱為三倍頻，或稱為三次諧波發生。類似的還有四倍頻、五倍頻等。

自聚焦

在強激光作用下，介質的折射率不再是一個常量，而與光強有關。這可能使平行的激光束射入介質后會聚成一束細絲，且以這種細絲狀在介質中繼續傳播。

自透明

在強激光作用下介質的吸收系數減小，即對某些頻率的弱光輻射是不透明的介質，對同樣頻率的強激光則變成透明的。

此外，非線性光學現象還有雙光子吸收、多光子吸收、多光子電離、多光子熒光、位相復共軛、光學雙穩態、受激喇曼散射、受激布里淵散射、受激瑞利散射等。

應用

非線性光學不僅從理論上豐富了人們對光與物質相互作用的認識，而且已經得到廣泛的實際應用。例如，光倍頻、光參量振蕩、受激喇曼散射已成為產生新頻率相干輻射的一種有效方法；利用非線性飽和吸收已制成染料Q開關和被動鎖模元件。此外，它在激光光譜學、同位素分離、光控化學反應、核聚變、集成光學、信息光學、光學計算機等方面都有重要的作用。

參考書目

1. N.Bloembergen，Nonlinear Optics，W. A. Benjamin，New York，1965.

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標簽：非線性光學

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文章名稱：《非線性光學》

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