绪论非线性光学进展
发展阶段，重要事件（时间），著作
第一章光与物质相互作用的经典理论、对称性
非简谐振子模型, 电极化强度 P(n), 张量及对称性
第三章光波在非线性介质传播的基本方程、耦合波方程第四章二阶非线性光学效应 谐波、和频及差频，光参量放大与振荡
第五章三阶非线性光学效应
自聚焦效应、三次谐波的产生，受激Raman散射
四波混频与光学相位共轭
第八章光折变非线性光学
第九章超短光脉冲非线性光学
常用非线性晶体及其用途、特性
激光频率转换(变频)晶体:
红外波段, 可见光到红外波段, 紫外波段寻新型非线性光学晶体的途径
秋天的雨教学实录
非线性光学晶体应具备的性质
第一章非线性光学极化率的经典描述
线性光学过程的经典理论
1、光和物质相互作用的经典理论
组成物质的原子、分子，在入射光波电磁场作用下感生出电偶极矩，运动产生电磁波辐射。
2、谐振模型八目
原子（分子）中电子在光频电磁场驱动下，作带阻尼的强迫运动。
3、光的散射与吸收、发射
非线性光学
可观察的非线性光学效应，通常要用激光，甚至脉冲强激光
1、非线性过程
A、强光在介质中感应出非线性响应（本构方程）
B、介质反作用，非线性的改变光场（Maxwell eqs） 耦合波方程组
2、电极化强度 P(n)（1.2-35~38）
3、非简谐振子模型
ω02 x + a x2 + b x3 + …
谐振子非简谐振子
线性二阶三阶…非线性
非线性光学极化率的对称性 ㈠ 两个普遍关系
真实性条件： ),,;(),,;(1)
(1)(11n n j j i n n j j i n n ωωωχωωωχσσ--=-* (E ,P 实数) 本征对易对称性: ),,;(),,;(1)(1)(11n n j j i n n j j i n n P ωωωχωωωχ
σσ -=-∧
算符∧
P 代表数对),(,),,(11n n j j ωω 的任何交换 ㈡ 透明(无损耗)介质:
① 完全对易对称性: 上式中的算符∧
P 还包括数对),(σωi 与其它数对的任何交换.这一对称性把同一阶的不同非线性光学效应的极化率分量之间建立关系.
② Kleinman 对称性: 当介质为弱散时, 非线性光学极化率基本上与
频率无关. 例如二阶非线性极化率),;()2(βασωωωχ-ijk 若满足此
三星d500对称性时便有
=-=-=-),;(),;(),;()
2()
2()
2(βασβασβασωωωχωωωχωωωχjki jik ijk 它使极化率的独立分量数目大为减少.
简并度:
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(......)!!......!
r r N M M M N M M M +++=
㈢ 空间对称性:
晶体具有空间对称性，各阶非线性极化率的分量之间有一定关系，使极化率的独立分量数目大为减少.
长丰cs7设坐标变换：j ij i e A e ='
，n 阶张量T , 经过座标变换，变成T '
)(...)(......n f abc lf kc jb ia n l ijk T A A A A T ='
如果坐标变换是按对称操作R
ˆ进行，则有T T ='。联合两式便可到张量各分量之间的关系，从而减少了极化率的独立分量数目. 利用空间对称性还可以证明, 具有中心反射对称性的介质，必定不存在偶数阶的非线性光学效应.
7大晶系, 14种布拉菲格子， 32种点
8种对称元素, 数学表达（变换矩阵）A ，化简
第三章光波在非线性介质内传播
3.1 光波在各向异性晶体中的传播
表3.1-1外文文献数据库
Fresnel方程不要求
单轴晶体（正单轴晶体，负单轴晶体）折射率椭球
双轴晶体（计算不要求）
3.2 X
3.3 耦合波方程（推导不要求）
稳态平面波(3.3-23)
准单波(3.3-32)
B、方程通过P NL非线性地耦合在一起，实现各波之间转换，
P NL越大，（χeff×泵浦场）越强，效应跃显著
常用近似（意义，条件）
A、慢变振幅近似：波在传播比波长大地多的距离后，才有显著的能量转移
B 、无限大平面近似：光束直径 >> 波长
C、泵浦强度近似：泵浦光转化率<<1。
3.5 相位匹配
扶壁式挡墙角度相位匹配，温度相位匹配，90度相位匹配，缓冲气体相位匹配
表3.5-1
Δk = k1 + k2– k3
n1ω1 + n2ω2 = n3ω3
A、正常散各向同性介质无法实现相位匹配
B、只能利用反向散或双折射晶体达到光线相位匹配
C、缓冲体调节
第四章二阶非线性效应
三波混频的耦合波方程
信号光泵浦光生成光小信号理论下的
过程耦合波方程及其解
和频
差频
上参量
下参量
参量过程放大与参量振荡
比较过程，意义（用途），近似，结果，相互关系
如：差频产生远红外
无限大平面波（光速直径大于）可能不再适用
曼利－罗关系（4,3－24 ~ 26）, (4.3-27 ~ 30) (N关系)
大信号理论下的结果：图4.3-1, 4.3-2, 4.3-3
限制高转换率的因素
如果泵浦功率保持不变，和频产生的输出功率随泵浦强度而增加．聚焦泵浦光束来达到较高的转换效率．然而，
1）激光强度太高会导致晶体内的光学损伤；
2）聚焦会使光束截面减小，可能减小其有效相互作用长度．
3）差的光束质员也会降低转换效率．多模激光束增大了逸散效应，从而减小了相互作用长度．因此，为了获得高的转换效率，应采用具有TEM00模的光束．
有效非线性关系系数表4.4-2
参量放大与参量振荡
和频的逆过程，可用单个泵浦光激发
谐振腔由两块平行的平面反射镜构成，
1)双共振的谐振腔的反射镜强烈反射频为ω1和ω2的波；
2)单共振的谐振腔的反射镜只强烈反射频率为ω1或ω的波。
3)通常，反射镜对泵浦波透明。单程参量增益很小，泵浦光无损耗。
[双共振参量振荡器]
优点
缺点：不稳定
参量振荡器的频率调谐
1)角度调谐
2)温度调谐
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