《非線(xiàn)性光學(xué)》PPT課件

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1、非線(xiàn)性光學(xué)內(nèi)容提要線(xiàn)性與非線(xiàn)性光學(xué)非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展史本課程的主要內(nèi)容與大綱本課程的教學(xué)安排參考書(shū)線(xiàn)性光學(xué)與非線(xiàn)性光學(xué)激光問(wèn)世之前，光學(xué)研究的基本前提是：介質(zhì)的極化強(qiáng)度與光波的電場(chǎng)強(qiáng)度成正比；光束在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的極化率/折射率是與光強(qiáng)無(wú)關(guān)的常量；光波獨(dú)立傳播。在上述條件下研究光學(xué)問(wèn)題稱(chēng)為線(xiàn)性光學(xué)。P＝cE線(xiàn)性光學(xué)與非線(xiàn)性光學(xué)線(xiàn)性光學(xué)的基本現(xiàn)象光束在媒質(zhì)中傳播時(shí)，其頻率固定不變；光束傳播方向、空間分布的變化來(lái)源于光的衍射、反射、折射和干涉等效應(yīng)。多束光在同一媒質(zhì)傳播時(shí)：不產(chǎn)生新的頻率；各光束的相位信息彼此不相互傳遞。光束在媒質(zhì)中傳播時(shí)，媒質(zhì)的主要光學(xué)參數(shù)：如折射率、吸收系數(shù)等，和光

2、束的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只是光束頻率和偏振方向的函數(shù)。光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，入射光強(qiáng)與透射光強(qiáng)之間一般成線(xiàn)性關(guān)系。線(xiàn)性光學(xué)與非線(xiàn)性光學(xué)對(duì)很強(qiáng)的激光，光波的電場(chǎng)強(qiáng)度可與原子內(nèi)部的庫(kù)侖場(chǎng)相比擬，媒質(zhì)極化強(qiáng)度不僅與場(chǎng)強(qiáng)E的一次方有關(guān)，而且還決定于E的更高冪次項(xiàng)，從而導(dǎo)致線(xiàn)性光學(xué)中不明顯的許多新現(xiàn)象－非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)。P=c(1)E+c(2)EE+c(3)EEE+…非線(xiàn)性關(guān)系光對(duì)媒質(zhì)的作用媒質(zhì)響應(yīng)線(xiàn)性光學(xué)與非線(xiàn)性光學(xué)非線(xiàn)性光學(xué)：現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)分支，研究強(qiáng)相干光作用下產(chǎn)生的非線(xiàn)性現(xiàn)象及其應(yīng)用研究光和物質(zhì)之間相互作用的非線(xiàn)性規(guī)律；研究由此引發(fā)的各種物理現(xiàn)象的規(guī)律。探索它們?cè)诋?dāng)前或今后科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的各種可能應(yīng)用非線(xiàn)性光

3、學(xué)的發(fā)展歷史1906年泡克耳斯發(fā)現(xiàn)線(xiàn)性電光效應(yīng)；1929年克爾發(fā)現(xiàn)二次電光效應(yīng)。由于缺乏光學(xué)頻段非線(xiàn)性研究的必要條件，光學(xué)非線(xiàn)性的研究一直停滯不前。非線(xiàn)性光學(xué)發(fā)展成為今天這樣一門(mén)重要學(xué)科，應(yīng)該說(shuō)是從激光出現(xiàn)后才開(kāi)始的。非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史1961年Franken等人在Michigen大學(xué)的實(shí)驗(yàn)－光學(xué)倍頻實(shí)驗(yàn)。非線(xiàn)性光學(xué)這個(gè)新學(xué)科的出現(xiàn)！非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)不同的時(shí)期1961～1965年：非線(xiàn)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。1965～1969年：繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新的非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)：非線(xiàn)性光譜

4、方面的效應(yīng)、各種瞬態(tài)相干效應(yīng)、光致?lián)舸┑龋粚?duì)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(xiàn)性光學(xué)器件。1970年代至今：非線(xiàn)性光學(xué)日趨成熟，特點(diǎn)：從固體非線(xiàn)性效應(yīng)為主的研究擴(kuò)展到包括氣體、原子蒸氣、液體、固體以至液晶的非線(xiàn)性效應(yīng)研究；由二階非線(xiàn)性效應(yīng)為主的研究發(fā)展到三階、五階以至更高階效應(yīng)的研究；由一般非線(xiàn)性效應(yīng)發(fā)展到共振非線(xiàn)性效應(yīng)的研究；就時(shí)間范疇而言，則由納秒進(jìn)入皮秒、飛秒領(lǐng)域。非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史1961年Kaiser與Garrett：同時(shí)吸收兩個(gè)光子，原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史若丹明6G染料雙光子熒光發(fā)射1.06微米激光含懸浮塵粒的酒精倍頻晶體0.53微米的倍頻光非線(xiàn)

5、性光學(xué)的發(fā)展歷史1962光學(xué)和頻紅寶石硝基苯受激拉曼散射現(xiàn)象非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史二甲亞砜液盒0.53微米激光散射光＝0.53um+SRS(斯托克斯)斯托克斯非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史1965年：光學(xué)參量放大和振蕩非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史在受激拉曼散射的啟示下，受激布里淵散射，受激瑞利散射等也被觀察到?；窘⒘艘越橘|(zhì)極化和耦合方程為基礎(chǔ)的非線(xiàn)性光學(xué)理論上世紀(jì)60年代初及中期，在上述非線(xiàn)性現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的同時(shí)以Bloembergen及他的學(xué)生為主非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史布隆姆貝根是非線(xiàn)性光學(xué)理論的奠基人。他提出了一個(gè)能夠描述液體、半導(dǎo)體和金屬等物質(zhì)的許多非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象的一般理論框架。他和他的學(xué)派在以下三個(gè)方面為非

6、線(xiàn)性光學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)：物質(zhì)對(duì)光波場(chǎng)的非線(xiàn)性響應(yīng)及其描述方法；光波之間以及光波與物質(zhì)激發(fā)之間相互作用的理論；光通過(guò)界面時(shí)的非線(xiàn)性反射和折射的理論。非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，一系列三階非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)也相繼發(fā)現(xiàn)。而且還發(fā)現(xiàn)：只要有足夠的光強(qiáng)，三階非線(xiàn)性效應(yīng)存在于所有的介質(zhì)中。1962年，Askaryan在理論上提出了實(shí)現(xiàn)自聚焦的可能性，1964年被實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。70年代初，光學(xué)克爾效應(yīng)得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。1976年，觀察到由于折射率隨光強(qiáng)變化產(chǎn)生的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)，從而開(kāi)始了無(wú)論在物理上還是在應(yīng)用上都是十分重要的非線(xiàn)性光學(xué)研究的一個(gè)分支：光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的研究。非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史自聚焦現(xiàn)象非線(xiàn)性光

7、學(xué)的發(fā)展歷史為較低入射功率水平的情況下，無(wú)自聚焦效應(yīng)產(chǎn)生聚焦透鏡所產(chǎn)生的幾何焦點(diǎn)位于液盒中央部位CS2液體盒0.1ns綠激光非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史較高功率水平，經(jīng)過(guò)幾何焦點(diǎn)后光束自陷現(xiàn)象的出現(xiàn)非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史F-P腔飽和吸收體IinIoutIoutIin光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史70年代中期發(fā)現(xiàn)利用四波混頻可以實(shí)現(xiàn)相位共軛，這是非線(xiàn)性光學(xué)中一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)。非線(xiàn)性光學(xué)的發(fā)展歷史波前畸變理想波前探測(cè)器分辨率