非线性光学绪论资料.pptx

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1、1/19几个问题：1.课件的拷贝；课间拷贝、邮件2.上课要求；记笔记、完成推导、独立推导3.答疑；课间、邮件、预约时间4.考试；闭卷、无重点、讲课内容5.成绩；30%作业+70%考试第1页/共20页第第1章章绪绪论论一、非线性光学的意义二、非线性光学的发展简史三、非线性光学的应用 OE，21（25）：30532第2页/共20页3/191、非线性光学是非线性物理的一个分支学科非线性光学是非线性物理的一个分支学科一、非线性光学的意义一、非线性光学的意义现代物理学的三大基石量子物理 微观世界规律相对论物理 高速运动，引力理论非线性物理 宏观强相互作用和复杂性非线性物理：非线性光学、声学、动力学，量子

2、混沌 研究内容：复杂系统非线性动力学，分形，混沌，斑图生成，孤子，元胞自动机，数字物理学，etc.非线性光学主要范畴 凡物质对于外加电磁场的响应，并不是外加电磁场振幅的线性函数的光学过程，均属于非线性光学效应的范畴。第3页/共20页4/192、非线性光学是现代光学的分支学科、非线性光学是现代光学的分支学科现代光学20世纪60年代开始，以激光科学技术为核心，分支学科主要有激光物理学-激光器理论与技术 非线性光学-激光与物质非线性相互作用 信息光学 -光信息的传输与处理 导波光学 -集成光学与光纤光学 量子光学 -光的压缩态、量子信息学等第4页/共20页5/193、非线性光学研究强光与物质相互作用

3、的学科、非线性光学研究强光与物质相互作用的学科线性光学弱光光学1).单光束传播：通过干涉、衍射、折射可以改变光的 空间能量分布和传播方向，但不改变光的频率；2).多光束交叉传播：光束间不发生能量相互交换，不发生位相信息相互传递，不改变各自的频率；3).输入与输出光强关系：线性关系；4).光与介质相互作用不改变介质的光学参量：如极化 率、折射率、吸收系数、旋光系数等的数值。这些物 理量只是光频的函数，与光强（或场强）无关。第5页/共20页6/19非线性光学强光光学1).单光束传播：可通过光与介质的相互作用，产生二 次谐波或高次谐波，或在光谱上产生频率周期分布的光 2).多光束交叉传播：可发生能量

4、相互转移，改变各自 频率或产生新频率的光，光束之间可以相互传递相位 信息；3).输入与输出光强关系：可能是非线性关系；4).光与介质相互作用可改变介质的光学物理量：如极化 率、折射率、吸收系数、旋光系数等的数值是光强 （或场强）的函数。第6页/共20页7/19非线性光学效应：被动非线性光学效应特点：光与介质间无能量交换；而不同频率光波间发生 能量交换。例如：二阶效应中的倍频，三波混频，参量过程等 三阶效应中的四波混频，相位共轭，光克尔效应等倍频 四波混频非线性光学效应：主动非线性光学效应特点：光与介质间发生能量交换；不同频率光波间发生 能量交换。例如：非线性吸收中的饱和吸收、反饱和吸收、双光子

5、 吸收等 非线性散射中的受激拉曼散射、受激布里渊散射等第7页/共20页8/19 材料 非线性机制半导体材料电子机制、激子机制有机、高分子材料 电子、分子、分子取向电光晶体 外电光效应光折变材料内电光效应液晶材料 外电光效应、分子取向团簇材料（C60等）分子极化纳米复合材料 宏观极化手性材料（生物、有机）分子电、磁级矩等离子体 电子、离子n非线性光学材料第8页/共20页9/194、非线性光学现象是高阶极化现象、非线性光学现象是高阶极化现象光与物质相互作用：光电场物质极化，电极化强度线性极化：真空介电系数 线性极化率非线性极化：强光与物质相互作用（光电场与原子内库仑电场可比拟5X1011V/m，3

6、.5X1017W/cm2）、分别是线性、二阶和三阶极化率非线性光学现象是高阶极化现象第9页/共20页10/19对于各向同性介质，改写为标量形式总极化率是光场的函数，即介质的光学参量与光场有关。第10页/共20页11/191、非线性光学初期创立阶段、非线性光学初期创立阶段二、非线性光学的发展历史二、非线性光学的发展历史激光器发明以前1875年，Kerr发现玻璃中的平方电光效应；1893年，Pockels发现线性电光效应；1931年，Goeppert-Mayer理论预言双光子吸收；1956年，Buckingham提出光学Kerr效应的理论；1958年，Piekara发表第一篇光学非线性的论文第11

7、页/共20页12/191、非线性光学初期创立阶段、非线性光学初期创立阶段二、非线性光学的发展历史二、非线性光学的发展历史1961年，Franken实验发现红宝石激光的倍频；1962年-1964年，发现受激拉曼散射、激布里渊散射；1962年-1965年，发现和频、差频、参量振荡、四波混频；1963年-1966年，发现饱和吸收、双光子吸收；1962年-1964年，发现自聚焦和自相位调制；1965年，N.Bloembergen发表专著“Nonlinear Optical Phenomena”(1981,Nobel奖，高分辨光电子能谱学)第12页/共20页13/192、非线性光学发展成熟阶段、非线性光

8、学发展成熟阶段1962年-1975年,相干瞬态光学效应（光子回波、光学章动、自感透明等);1963年-1983年，发现简并四波混频和光学相位共轭；1964年-1974年，光学克尔效应提出，并得到实验证实；1975年-1985年，发现光学双稳态和光学混沌；1972年-1987年，光纤中的非线性光学性质和光孤子；1984年，沈元壤发表专著“The Principles of Nonlinear Optics”。第13页/共20页14/193、非线性光学初步应用阶段、非线性光学初步应用阶段1982年-1998年，半导体量子限制材料非线性光学性质研究；1985年-1989年，发现高效非线性光学晶体材料

9、BBO和LBO；1985年-1991年，有机材料和聚合物材料非线性光学性质研究；1987年-1995年，发现反饱和吸收，研究光学限制效应；1979年-1993年，光折变效应及其非线性光学理论；1985年-1997年，非线性光学在量子光学中的应用（压缩态，量子纠缠等）；1985年-1999年，非线性光学在干涉型全光开关中的应用；1984年-2001年，非线性光学在光纤通信中的应用（孤子通信等)；1979年-2002年，非线性光学在非线性光子晶体中的应用；1995年-2005年，非线性光学在手性分子材料中的应用。目前：新材料、新结构的光学非线性及其应用第14页/共20页15/194、非线性光学的最

10、新发展、非线性光学的最新发展玻色-爱因斯坦凝聚非线性量子光学，非经典量子态生成无粒子束反转激光量子相干效应光学涡旋及横向光学斑图生成新材料：C60，graphene相对论非线性光学纳米结构的光学非线性第15页/共20页16/191、非线性光学是光子学的基础非线性光学是光子学的基础以光控光的方法以光控光的方法 三、非线性光学的应用三、非线性光学的应用微观粒子波粒二像性 电子：以粒子性为主，波动性不明显；相互间有强电磁作用，易实现以电控电；但不易并行传输。光子：传播时表现波动性，与物质相互作用时表现为粒子性；呈中性，无相互间作用；易并行传输；但必须通过光与非线性介质的作用实现以光控光。光子技术是产

11、生光子、控制光子、探测光子的技术，与非线性光学密切相关。第16页/共20页17/19电学电学电子学电子学微电子学微电子学纳米电子学纳米电子学1818世纪世纪电器技术电器技术电子技术电子技术微电子技术微电子技术纳米电子技术纳米电子技术光学光学现代光学现代光学光子学光子学纳米光子学纳米光子学物物理理学学光学工程光学工程激光技术激光技术光子技术光子技术纳米光子技术纳米光子技术19601960年发明半年发明半导体集成电路导体集成电路2121世纪世纪1818世纪世纪19601960年发明激光器年发明激光器 19701970年发明光纤、年发明光纤、室温半导体激光器室温半导体激光器与集成光路与集成光路212

12、1世纪世纪19061906年发明电子管年发明电子管19481948年发明晶体管年发明晶体管纳纳米米信信息息学学第17页/共20页18/192、非线性光学的技术应用、非线性光学的技术应用三、非线性光学的应用三、非线性光学的应用光信息技术：光计算光开关,光限幅器，光调制器,光存储器，光振荡器；光通信光放大器，光开关，光孤子通信，光混沌通信，光纤传输中的非线性抑制；量子信息纠缠态产生，传输与处理，压缩态抑制噪声，量子计算；激光器技术：脉冲压缩技术（ps/fs），激光选模技术；激光变频技术：光倍频技术，光混频技术，光调频技术；激光传输技术：大气传输中的相位共轭技术；激光防护技术：非线性光限幅器件；物质

13、结构分析：激光光谱技术。其它：激光加速粒子；超冷原子等第18页/共20页19/19四、主要参考书目四、主要参考书目非线性光学.李淳飞，电子科学出版社，2009（教材）“Nonlinear Optics”,R.W.Boyd,Academic Press INC.2008非线性光学，N.Bloembergen,科学出版社,1987非线性光学原理（中译本），沈元壤著,科学出版社,1987非线性光学,范琦康,吴存恺,毛少卿,电子出版社,1989非线性光学原理与进展,钱士雄,王恭明,复旦大学出版社,2000非线性光学，石顺祥，陈国夫。赵卫。刘继芳,西安电子科大出版社，2003第19页/共20页20/19感谢您的观看！第20页/共20页