专题选读13非线性光学现象
专题选读13 非线性光学现象
非线性光学现象 线性光学（普通波动光学） 当光在物质中传播与物质发生相互作用时，通常假定物 质原子对光波电磁场的响应是成正比或线性的，光在介 质中传播满足独立性和叠加性，这理论称为线性光学。 非线性光学 当强激光进入介质时，原子对光波电磁场的响应不仅决 定于场强的一次项，也与场强的高次项有关，即响应一 般是非线性的，探讨这类与光的非线性现象有关的规律、 理论和应用的学科，称为非线性光学
非线性光学现象 线性光学（普通波动光学） 线性光学（普通波动光学） 非线性光学 当光在物质中传播与物质发生相互作用时，通常假定物 当光在物质中传播与物质发生相互作用时，通常假定物 质原子对光波电磁场的响应是成正比或线性的，光在介 质原子对光波电磁场的响应是成正比或线性的，光在介 质中传播满足独立性和叠加性，这理论称为线性光学。 质中传播满足独立性和叠加性，这理论称为线性光学。 当强激光进入介质时，原子对光波电磁场的响应不仅决 定于场强的一次项，也与场强的高次项有关，即响应一 般是非线性的，探讨这类与光的非线性现象有关的规律、 理论和应用的学科，称为非线性光学
弱光使介质极化而产生的极化强度P与光矢量在量值 上有如下关系： P=EoxE=aE 在强光作用下，介质的极化强度与光矢量量值一般有下 列关系： P=aE+BE2+E3+.. 式中a,B,%…是与介质有关的系数。 理论证明： BE2 YE3 E aE BE2 E
Ea E E E E E ≈⋅⋅⋅≈≈ 2 2 3 β γ α β ⋅⋅⋅+++= 32 γβα EEEP 在强光作用下，介质的极化强度与光矢量量值一般有下 列关系： 式中α，β，γ，... 是与介质有关的系数。 理论证明： EEP r r r == αχε e0 弱光使介质极化而产生的极化强度 与光矢量 在量值 上有如下关系： P r E r
式中E代表介质原子内的电场强度，其数量级约为 1010~1011V/m。 对于普通光源发射的光波，光矢量E103~104Vm, E/E,<1,所以近似有P≈aE。 对于强激光，光矢量E109~1012Vm,这时不能略 去P中所包含的E的高次项了。 一、倍频和混频 设入射到介质中的强光光矢量的大小 E=Eo cos ot
式中Ea代表介质原子内的电场强度，其数量级约为 1010~1011V/m。 对于普通光源发射的光波，光矢量E ≈103 ~104V/m, E/Ea<<1, 所以近似有P≈αE。 对于强激光，光矢量E ≈109 ~1012V/m，这时不能略 去P中所包含的E的高次项了。 一、倍频和混频 设入射到介质中的强光光矢量的大小 ,cos 0 = ωtEE
介质响应的极化强度 P=aE cos ot+BE"cos2 ot+E cos3 wt+... 为方便计，略去(E)3以上各项时有 P-aE cost+(+cos2t) af,cos cos2o 上式第一项是常量，相当于使介质产生恒定的电矩，使 其相对的表面上出现恒定的极化面电荷。这种由振动的 交变电场得到一个恒定的电场，称为光学整流
介质响应的极化强度 = + + ωγωβωα tEtEtEP ⋅⋅⋅+ 3 3 0 2 2 0 0 cos cos cos 为方便计，略去 (E 0 ) 3以上各项时有 tEtEE EtEP t ωβωαβ βωα ω 2cos 2 1 cos 2 1 )2cos1( 2 1 cos 2 0 0 2 0 2 0 0 += + = ++ 上式第一项是常量，相当于使介质产生恒定的电矩，使 其相对的表面上出现恒定的极化面电荷。这种由振动的 交变电场得到一个恒定的电场，称为光学整流