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* * 非线性光学简介 （nonlinear optics） 图为中国科学院福建物质结构研究所研制的非线性光学晶体三硼酸锂，被美国评为1989年度国际激光与光电子技术领域十大产品之一 弱光在介质中符合叠加原理 — 线性光学 强光在介质中不符合叠加原理 — 非线性光学 —— P与 E 成线性关系 式中 对各向同性介质 极化强度 —— 介质的电极化率 ★ 当电场强度 E 不太大时（弱光） *非线性光学简介 ★ 当电场强度 E 很大时（强光） —— E 和 P 呈非线性关系 —— 线性极化率 —— 二次（阶）非线性极化率 —— 三次（阶）非线性极化率 可以证明，各次极化率间有如下关系： 各向异性介质中，极化率是张量，P 和 E 的关系 较复杂，这里不再做介绍。 E原子 ? 1010 V/m ? 对普通光 E ～ 10 4 V/m， ?高阶项不重要，只留第一项，是线性效应。 ? 对激光 E 可很容易达到并超过10 8 V/m 出了各种非线性效应。 此时第二项 就不能忽略了， 此时 展迅速，并很快形成为一个专门的新兴的学科。 1961年弗兰肯（P.A.Farnken）等首先观察到 光学倍频这一非线性现象。 此后，非线性光学发 介质就表现 下面举例介绍几种常见的非线性光学现象： 一. 倍频效应 由极化强度 P 中的第二项?0?（2）E 2引起的 若 E =E0 cos? t， 第二项 ?0?（2）E 2 = ?0?（2）E02 cos2? t = ?0?（2）E02/ 2（1+cos2? t） 第一项 ?0 ?（1）E = ?0?（1）E0 cos? t 直流成分 二倍频 原有频率 二阶非线性效应： 则 ▲ 光整流效应： ▲ 二倍频现象： 用途广 ◆ 使不可见光→可见光（改变光颜色）； ◆ 可提高产生所需频率激光的效率。 钕 易获高功率 应用： 例如： P 中的直流成分表明，光照晶体 可在晶体的某两个表面间产生直流电压。 不可见 可见 Nd3+ 激光器→1.064?m → 0.532?m 绿光 频 倍 脉冲 红宝石激光器 水晶片 3471.5 ? 6943 ? 棱镜 演示 激光倍频（KG045） 由二极管泵浦的Nd:YAG激光器产生的二倍频激光（532nm）装置 （采用自调Q、腔内倍频技术，清华大学物理系研制） 设输入两束光 ，角频率为? 1 、? 2 总场强 E = E10 cos? 1 t + E20 cos? 2 t ?（2）E2 = ?（2）（E10 cos?1t + E20 cos?2t）2 二. 混频效应 = ?（2）E102 /2（1+cos2?1t）+ +?（2）E202 /2（1+cos2?2t）+ +?（2）E10 E20 ? cos(?1+?2)t + cos(?1-?2)t ? 和频项 差频项 则二次项： 倍频项 ? 2 ? 1 激光器1 激光器2 晶体 （KH2PO4） ? 2 ? 1 ? 1+ ? 2 ? 1? ? 2 2 ? 2 2 ? 1 ? 1 ? 2 波区的强光辐射。 ? 1-? 2 ? 1 ?2 2? 1 2? 2 ? 1+ ? 2 和频与差频能获得更多频率的相干强光辐射。 例如，利用和频可产生可见光至紫外的强光辐射， 而用差频则可产生波长较长的红外至亚毫米段微