非線性光學(xué)復(fù)習(xí)講解

1、2021非線性光學(xué)復(fù)習(xí)緒論非線性光學(xué)進(jìn)展開(kāi)展階段,重要事件(時(shí)間),著作第一章光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論非簡(jiǎn)諧振子模型,電極化強(qiáng)度P(n),極化率的一般性質(zhì)補(bǔ)充一晶體學(xué)基面礎(chǔ)品系的劃分,晶體的對(duì)稱性,點(diǎn)群表及國(guó)際符號(hào),點(diǎn)群國(guó)際符號(hào)對(duì)應(yīng)方向補(bǔ)充二晶體性質(zhì)的數(shù)學(xué)描述張量的根本知識(shí),張量分量的坐標(biāo)變換,對(duì)稱矩陣及逆變換,坐標(biāo)變換矩陣,宏觀對(duì)稱性對(duì)張量分量的約化第三章光波在非線性介質(zhì)傳播的電磁理論光波在晶體中傳播特性,波法線菲涅耳方程,光在單軸晶體中的傳播規(guī)律,折射率橢球及折射率曲面,耦合波方程,相位匹配概念及方法,相位匹配條件及偏振分析第四章二階非線性光學(xué)效應(yīng)線性電光效應(yīng),光學(xué)整流效應(yīng),諧波、和頻及

2、差頻,有效非線性系數(shù),光參量放大與振蕩,參量振蕩的頻率調(diào)諧第五章三階非線性光學(xué)效應(yīng)自聚焦效應(yīng)、三次諧波的產(chǎn)生,四波混頻,雙光子吸收,受激Raman散射第七章四波混頻與光學(xué)相位共腕四波混頻與光學(xué)相位共腕第一章非線性光學(xué)極化率的經(jīng)典描述線性光學(xué)過(guò)程的經(jīng)典理論1、光和物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論組成物質(zhì)的原子、分子,在入射光波電磁場(chǎng)作用下感生出電偶極矩,運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁波輻射.2、諧振模型原子(分子)中電子在光頻電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下,作帶阻尼的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng).3、光的散射與吸收、發(fā)射非線性光學(xué)可觀察的非線性光學(xué)效應(yīng),通常要用激光,甚至脈沖強(qiáng)激光1、非線性過(guò)程A、強(qiáng)光在介質(zhì)中感應(yīng)出非線性響應(yīng)(本構(gòu)方程)B、介質(zhì)反作用,非線性

3、的改變光場(chǎng)(Maxwelleqs)耦合波方程組2、電極化強(qiáng)度P(n)(38)3、非簡(jiǎn)諧振子模型02x+ax2+bX3+諧振子非簡(jiǎn)諧振子線性二階三階非線性4、非線性光學(xué)極化率的對(duì)稱性兩個(gè)普遍關(guān)系真實(shí)性條件：(n)jn(；1,n)(:jn(；1,n)(E,P實(shí)數(shù))本征對(duì)易對(duì)稱性：i(n)jn(;1,n)Pi?jn(;1,n)算符P代表數(shù)對(duì)(j1,1),(jn,n)的任何交換透明(無(wú)損耗)介質(zhì):完全對(duì)易對(duì)稱性：上式中的算符P還包括數(shù)對(duì)i,與其它數(shù)對(duì)的任何交換.這一對(duì)稱性把同一階的不同非線性光學(xué)效應(yīng)的極化率分量之間建立關(guān)系.Kleinman對(duì)稱性：當(dāng)介質(zhì)為弱色散時(shí),非線性光學(xué)極化率根本上與頻率無(wú)關(guān).例

4、如二階非線性極化率：；,假設(shè)滿足此對(duì)稱性時(shí)便有；2；2；ijk；,jik；,jki；,它使極化率的獨(dú)立分量數(shù)目大為減少.簡(jiǎn)并度:N!M1!M2!Mr(M1M2MrN)空間對(duì)稱性：晶體具有空間對(duì)稱性,各階非線性極化率的分量之間有一定關(guān)系,使極化率的獨(dú)立分量數(shù)目大為減少.設(shè)坐標(biāo)變換：e,Ajej,n階張量T,經(jīng)過(guò)座標(biāo)變換,變成T(n)(n)TAAAAT,Iijk.lAiaAjbAkc.AlfTabc.f如果坐標(biāo)變換是按對(duì)稱操作舟進(jìn)行,那么有TT.聯(lián)合兩式便可找到張量各分量之間的關(guān)系,從而減少了極化率的獨(dú)立分量數(shù)目.利用空間對(duì)稱性還可以證實(shí),具有中央反射對(duì)稱性的介質(zhì),必定不存在偶數(shù)階的非線性光學(xué)效應(yīng)

5、.補(bǔ)充晶體學(xué)根底和數(shù)學(xué)描述品系的劃分：7大品系,14種布拉菲格子對(duì)稱元素種類：對(duì)稱中央(centerofsymmetry),對(duì)稱面(symmetryplane),對(duì)稱軸(symmetryaxis),倒轉(zhuǎn)軸(rotoinversionaxis),映轉(zhuǎn)軸(rotoreflectionaxis)點(diǎn)群表及國(guó)際符號(hào)：32種點(diǎn)群(表1-4)點(diǎn)群國(guó)際符號(hào)對(duì)應(yīng)方向：(表1-6)張量的根本知識(shí)：對(duì)稱二階張量,下標(biāo)簡(jiǎn)化(表2-3)張量分量的坐標(biāo)變換：張量正變換,逆變換對(duì)稱矩陣及逆變換,坐標(biāo)變換矩陣：(表2-5)宏觀對(duì)稱性對(duì)張量分量的約化：四方晶系化簡(jiǎn),對(duì)稱中央的化簡(jiǎn),常用晶體化簡(jiǎn)第三章光波在非線性介質(zhì)內(nèi)傳播光波在

6、各向異性晶體中的傳播表單軸晶體正單軸晶體,負(fù)單軸晶體折射率橢球雙軸晶體計(jì)算不要求耦合波方程推導(dǎo)不要求穩(wěn)態(tài)平面波準(zhǔn)單色波A、能量守恒,近似動(dòng)量守恒相位匹配B、方程通過(guò)PNL非線性地耦合在一起,實(shí)現(xiàn)各波之間轉(zhuǎn)換,PNL越大,XeffX泵浦場(chǎng)越強(qiáng),效應(yīng)躍顯著常用近似意義,條件A、慢變振幅近似：波在傳播比波長(zhǎng)大地多的距離后,才有顯著的能量轉(zhuǎn)移B、無(wú)限大平面近似：光束直徑波長(zhǎng)C、泵浦強(qiáng)度近似：泵浦光轉(zhuǎn)化率n邊緣產(chǎn)生自聚焦.1、自聚焦常常是造成透明材料的光損傷的原因；2、對(duì)于介質(zhì)中其它非線性過(guò)程,起很重要的作用,是SRSt劇地開(kāi)始的原因3、當(dāng)對(duì)輸入光束的自聚焦作用與衍射作用正好相互抵消時(shí),光束直徑不變,稱做光束的自陷.3、三次諧波4、四波混頻三級(jí)過(guò)程圖5、雙光子吸收、受激Raman散射CD-ACD與介質(zhì)有關(guān)0Stokes0反StokesSRS=由自發(fā)Raman輻射生長(zhǎng)出來(lái)的雙光子受激過(guò)程,三階過(guò)程高階Raman效應(yīng)圖,圖,方向特性高階Stokes和反Stokes輻射,sn=讓fi、應(yīng)用S,lIII提供具有新的頻率的強(qiáng)相干輻射；高分辨率光譜學(xué),研究物質(zhì)性質(zhì)物質(zhì)波方程理論不能解釋重要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比理論預(yù)計(jì)大得多的SRSi曾益,極鋒利的SRSW,這些異?，F(xiàn)象都起因于激光束在介質(zhì)內(nèi)的自聚焦.第七章