非線性光學(xué)效應(yīng)課件

激光器的設(shè)計與制作半導(dǎo)體激光技術(shù)非線性光學(xué)研究非線性光學(xué)的意義非線性光學(xué)的研究內(nèi)容非線性光學(xué)的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢非線性光學(xué)的典型應(yīng)用典型的非線性光學(xué)過程非線性光學(xué)的意義◆非線性物理學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的重要基石。非線性物理學(xué)和量子力學(xué)、相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基石。它是研究物質(zhì)間在強相互作用下普遍存在的非線性現(xiàn)象,也就是研究作用與響應(yīng)之間的關(guān)系是非線性的現(xiàn)象。光學(xué):光的發(fā)射、傳播以及光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科?！穹蔷€性光學(xué)是非線性物理學(xué)的分支學(xué)科非線性光學(xué)研究強光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律,極大地豐富了非線性物理學(xué)的內(nèi)容。激光是強光源?！穹蔷€性光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)的分支學(xué)科基于自發(fā)輻射的普通光源的光學(xué)稱之為“傳統(tǒng)光學(xué)”基于受激輻射的激光光源的光學(xué)稱之為“現(xiàn)代光學(xué)”。3表1.1,1現(xiàn)代光學(xué)分克學(xué)科的研究對象和主要應(yīng)用研究對象主要應(yīng)用激光物理學(xué)|微光理論以及提高激光品質(zhì)含種工作物質(zhì)和各神脈童的微光器系統(tǒng)設(shè)計;調(diào)Q鎖模、放大、讕、調(diào)頻、諧寬壓細(xì)、偏振控制等技術(shù)非線性光學(xué)激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生非線脈寬壓縮;頻率轉(zhuǎn)換;全光開關(guān)消畸性效應(yīng)變傳;光孤于通伯;數(shù)字光計算;激光光譜,非線性光存儲等傅里葉光傅里葉光學(xué)理論及光學(xué)信息處金息照相全息商標(biāo),全息存儲;光學(xué)理應(yīng)用圖像處理:特征識別、邊增強等;擬光學(xué)計算,信息宏全技術(shù)等導(dǎo)波光些光在光纖和平面披導(dǎo)中的傳播光纖與平面光波導(dǎo)的制備;有源與無與控制源波導(dǎo)器件;光束與菠導(dǎo)、波導(dǎo)與波導(dǎo)間的耦合;色散、損耗、偏振控制量子光學(xué)非經(jīng)典光學(xué)現(xiàn)象與原子發(fā)光利用壓縮態(tài)制光通信喚聲;利用量子理論于糾纏態(tài)實現(xiàn)量子密碼保通信;量了信息處邐,量子計算,量子存儲等非線性光學(xué)的研究內(nèi)容非線性光學(xué)是研究激光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科非線性光學(xué)現(xiàn)象是高階極化現(xiàn)象激光問世之前,人們對光學(xué)的認(rèn)識主要限于線性光學(xué):光束在介質(zhì)中的傳播是相互獨立的;光的頻率在傳播過程中不會發(fā)生變化;介質(zhì)的折射率,吸收系數(shù)等和入射光的光強無關(guān),只是入射光的頻率和偏振的函數(shù)介質(zhì)的極化強度與光波的電場強度成正比P=COXE對很強的激光,光波的電場強度可與原子內(nèi)部的庫侖場相比擬,媒質(zhì)極化強度不僅與光場場強E的一次方有關(guān),而且還決定于E的更高冪次項,從而導(dǎo)致線性光學(xué)中不明顯的許多新現(xiàn)象一非線性光學(xué)效應(yīng)。P=0(E+x2E2+xE+…,)光對媒質(zhì)的作用媒質(zhì)響應(yīng)非線性關(guān)系非線性光學(xué)與線性光學(xué)的區(qū)別線性光學(xué)非線性光學(xué)光在介質(zhì)中傳播,通過干涉、術(shù)射、折射可定頻率的人射光,可以通過與介質(zhì)的相以改變光的空間能量分布和傳播方向,但互作用而轉(zhuǎn)換成其他頻率的光(倍頻等還可以產(chǎn)生一系列在光譜上周期分布的與介質(zhì)不發(fā)生能量交換不改變光的頻率不同頻率和光強的光(受激拉曼散射等)多束光在介質(zhì)中交叉?zhèn)鞑?不發(fā)生能量相多束光在介質(zhì)中交又傳播,可能發(fā)生能量互交換,不改變各自的頻率相互轉(zhuǎn)移,改變各自頻率或產(chǎn)生新的頻率(三波與四波混頻)光與介質(zhì)相互作用,不改變介質(zhì)的物理參光與介質(zhì)相互作用,介質(zhì)的物理參量如極量,這些物理參量只是光頻的函數(shù),與光化率、吸收系數(shù)、折射率等是光場強度的場強度變化無關(guān)函數(shù)(非線性吸收和色散、光克爾效應(yīng)、自來焦)光束通過光學(xué)系統(tǒng),射光強與透射光強光束通過光學(xué)系統(tǒng),人射光強與透射光強之間一般成線性關(guān)系之間呈非線性關(guān)系,從而實現(xiàn)光開關(guān)(光限制、光學(xué)雙穩(wěn)、各種干涉儀開關(guān))多束光在介質(zhì)中交又傳播,各光束的相位光束之間可以相互傳遞相位信息,而且兩信息彼此不能相互傳遞束光的相位可以互相共軛(光學(xué)相位共●非線性光學(xué)效應(yīng)的分類按照激光與介質(zhì)相互作用的方式,可以分為被動非線性光學(xué)效應(yīng)和主動非線性光學(xué)效應(yīng)。被動非線性光學(xué)效應(yīng):光與介質(zhì)之間無能量交換;只是在不同頻率的光之間進(jìn)行能量交換。如倍頻過程,參量過程,四波混頻等。主動非線性光學(xué)效應(yīng):光與介質(zhì)之間有能量交換;介質(zhì)的光學(xué)參量與光場強度有關(guān)。如非線性吸收—一飽和吸收,雙光子吸收;非線性散射——受激拉曼散射,受激布里淵散射等。非線性光學(xué)的發(fā)展歷史非線性光學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個不同的時期1961~1965年:初期創(chuàng)立階段非線性光學(xué)效應(yīng)大量而迅速地出現(xiàn):光學(xué)諧波、光學(xué)和頻與差頻、光學(xué)參量放大與振蕩、多光子吸收、光束自聚焦以及受激光散射等。1965~1985年:發(fā)展成熟階段繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新的非線性光學(xué)效應(yīng):非線性光譜方面的效應(yīng)、各種瞬態(tài)相干效應(yīng)、光致?lián)舸┑?對已發(fā)現(xiàn)的效應(yīng)進(jìn)行更深入的了解,并發(fā)展各種非線性光學(xué)器件。非線性光學(xué)的發(fā)展歷史1985年代至今:應(yīng)用階段·從固體非線性效應(yīng)為主的研究擴(kuò)展到包括氣體原子