2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：非線性光學(xué)效應(yīng)

非線性光學(xué)效應(yīng)非線性光學(xué)效應(yīng)入射光與介質(zhì)作用后產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng)∝入射光強(qiáng)不同頻率入射光與介質(zhì)作用→能量轉(zhuǎn)換1961年，F(xiàn)ranken石英晶體紅寶石晶體產(chǎn)生的激光束入射的紅寶石激光入射光的二次諧波凡是能產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)的材料（氣體、液體或固體），都可稱之為非線性光學(xué)材料。

P～χ(1)E＋χ(2)E2

＋χ(3)E3＋…但通常指的是具有較高二階或三階非線性極化率的光學(xué)材料。受外部光場(chǎng)、電場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的作用,頻率、相位、振幅等發(fā)生變化,從而引起折射率、光吸收、光散射等變化。①有較大的非線性極化率（基本的但不是唯一要求）②有合適的透明程度及足夠的光學(xué)均勻性，

即在激光工作的頻段內(nèi)，材料對(duì)光的有害吸收及散射損耗都很?、勰芤砸欢ǚ绞綄?shí)現(xiàn)位相匹配④材料的損傷閾值較高，能承受較大的激光功率或能量；⑤有合適的響應(yīng)時(shí)間，分別對(duì)脈寬不同的脈沖激光或連續(xù)激光作出足夠響應(yīng)。加強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)非線性極化率不很大增強(qiáng)入射激光功率二階非線性光學(xué)材料三階非線性光學(xué)材料其他大多數(shù)是不具有中心對(duì)稱性的晶體。常用于光學(xué)倍頻、混頻和光學(xué)參量振蕩等效應(yīng)的晶體材料有兩大類：一類是氧化物晶體典型的如磷酸二氫鉀(KDP)、磷酸二氘鉀(KD*P)、磷酸二氫銨(ADP)、碘酸鋰、鈮酸鋰等。比較適宜于工作在可見(jiàn)光及近紅外頻段。另一類是半導(dǎo)體晶體典型的如碲和淡紅銀礦(Ag3AsS3)等。更適宜于工作在中紅外頻段?？梢允菤怏w、原子蒸氣、液體、液晶、等離子體以及各類晶體、光學(xué)玻璃等產(chǎn)生三階非線性極化率的機(jī)制：

來(lái)源于原子或分子的電子躍遷或電子云形狀的畸變；來(lái)源于分子的轉(zhuǎn)向或重新排列；來(lái)源于固體的能帶之間或能帶以內(nèi)的電子躍遷；來(lái)源于固體中的各種元激發(fā)，如激子、聲子、各種極化激元等的狀態(tài)改變?！ぁぁぁぁあ俑鞣N惰性氣體，光學(xué)三次諧波、三階混頻紫外波長(zhǎng)的相干光②堿金屬和堿土金屬的原子蒸氣,如Na、K、Cs原子及Ba、Sr、Ca原子等，

共振的三階混頻、受激拉曼散射、相干反斯托克斯拉曼散射等效應(yīng)激光在近紅外、可見(jiàn)及紫外波段間的頻率變換及頻率調(diào)諧③各種有機(jī)液體及溶液，如CS2、硝基苯、各種染料溶液等,

較大的三階非線性極化率實(shí)驗(yàn)觀測(cè)（例如光學(xué)克爾效應(yīng)、受激布里淵散射、簡(jiǎn)并四波混頻及光學(xué)位相復(fù)共軛效應(yīng)、光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)等）④在液晶相及各向同性相中的各種液晶。液晶分子的取向排列有較長(zhǎng)的弛豫時(shí)間⑤某些半導(dǎo)體晶體。如lnSb，在紅外區(qū)域有非常大的三階非線性極化率各種非線性器件，例如光學(xué)雙穩(wěn)器件無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料：

更穩(wěn)定,許多都允許各向異性離子交換,有純度更高的晶體形式

1.KDP型晶體

2.KTP型晶體

3.硼酸鹽晶體

4.半導(dǎo)體材料

5.鈣鈦礦型晶體

6.沸石分子篩基材料

7.玻璃非線性光學(xué)材料根據(jù)組成無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料有機(jī)非線性光學(xué)材料無(wú)機(jī)/有機(jī)雜化材料有機(jī)非線性光學(xué)材料：非線性光學(xué)系數(shù)高、響應(yīng)快速、易于修飾、光學(xué)損傷閾值高、易于加工及分子可變性強(qiáng)

1.有機(jī)低分子非線性光學(xué)材料

2.高聚物非線性光學(xué)材料

2.1主客體型聚合物

2.2側(cè)鏈及主鏈型聚合物

2.3交聯(lián)型聚合物

2.4共軛型聚合物

3.金屬有機(jī)配合物非線性光學(xué)材料無(wú)機(jī)/有機(jī)雜化材料：通過(guò)成鹽等方法或溶