3.6_电光效应光折变效应非线性光学效应
光学器件中的非线性光学效应
光学器件中的非线性光学效应光学器件是现代光学科学和技术的重要组成部分，它们在通信、成像、传感和能量转换等领域发挥着重要作用。
而非线性光学效应则是光学器件中的一个重要现象，它在光学器件的设计和应用中起着关键的作用。
非线性光学效应是指当光与物质相互作用时，光的传播性质不再遵循线性光学效应，而呈现出非线性响应的现象。
这种非线性响应可以通过非线性光学系数来描述，而非线性光学系数则是描述物质对光的非线性响应程度的物理量。
一个典型的非线性光学效应是二次谐波发生。
在非线性光学材料中，当光束通过时，会产生频率为原始光频率的两倍的二次谐波。
这种二次谐波发生现象在很多光学器件中都得到了广泛应用，例如激光器、光纤通信系统和光学传感器等。
除了二次谐波发生外，还有一些其他的非线性光学效应也被广泛研究和应用。
其中之一是光学 Kerr 效应，它是指当光束通过非线性光学材料时，光的折射率会随着光强的变化而变化。
这种光学 Kerr 效应在光学调制器、光学开关和光学限幅器等器件中被广泛应用。
此外，还有一种非线性光学效应叫做自相位调制效应。
这种效应是指当光束通过非线性光学材料时，光的相位会随着光强的变化而变化。
这种自相位调制效应在光纤通信系统和光学干涉仪等器件中得到了广泛应用。
非线性光学效应的研究和应用离不开非线性光学材料的发展。
非线性光学材料是指具有较大非线性光学系数的材料，它们可以在较低光强下产生较大的非线性光学效应。
目前，常用的非线性光学材料主要包括二极管材料、非线性晶体材料和有机非线性光学材料等。
在光学器件的设计和应用中，非线性光学效应的研究和利用具有重要意义。
通过合理设计光学器件的结构和材料，可以实现对光的频率、相位和强度等参数的精确控制。
这种精确控制能够使光学器件具有更高的性能和更广泛的应用领域。
总结起来，光学器件中的非线性光学效应是一种重要的现象，它在光学器件的设计和应用中起着关键的作用。
通过研究非线性光学效应，可以实现对光的精确控制，从而提高光学器件的性能和应用范围。
3.6 电光效应光折变效应非线性光学效应
3 材料的光学性能3.1 光传播的基本性质 3.2 光的反射和折射 3.3 材料对光的吸收和色散 3.4 光的散射 3.5 材料的不透明性和半透明性 3.6 电光效应、光折变效应、非线型光学效应 3.7 光的传输与光纤材料 3.8 特种光学材料及其应用LOGO Materials Physics3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应3.6.1 电光效应及电光晶体 (1) 电光效应(electro-optical effect) 由于外加电场所引起的材料折射率的变化效应。
电场与折射率的关系：n = n + aE0 + bE + L0 2 0泡克尔斯效应克尔电光效应n0：没有加电场E0时介质的折射率 a, b：常数LOGO Materials Physics3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应3.6.1 电光效应及电光晶体 (a) 泡克尔斯效应(Pockels effect) 1893年在没有对称中心的晶体中，外加电场与折射率的 关系具有一次电光效应。
旋转椭球折射率体 三轴椭球光折射率体 （双轴晶体） rc：电光陶瓷的电光系数1 3 Δn = n rc E 2LOGO Materials Physics3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应3.6.1 电光效应及电光晶体透 明 电 极压 电 晶 体透 明 电 极电光晶体：KDP 偏振片：P1⊥P2 电场∥光传播方向 光沿光轴方向传播ΚDP偏振片1不加电场 不加电场偏振片2P P22 不透光 不透光LOGO Materials Physics3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应3.6.1 电光效应及电光晶体透 明 电 极压 电 晶 体透 明 电 极电光晶体：KDP 偏振片：P1⊥P2 电场∥光传播方向 光沿光轴方向传播ΚDP加电场 加电场偏振片1偏振片2原光轴方向附加 原光轴方向附加 双折射效应， 双折射效应，P P22 透光 透光LOGO Materials Physics3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应3.6.1 电光效应及电光晶体 (b) 克尔效应(Kerr effect) 1875年在有对称中心的晶体中，在加强电场的作用下， 介质分子作定向排列而呈现出各向异性，其光学 性质与单轴晶体类似；外电场一旦撤除，这种各 向异性立即消失。
光学材料中的光学非线性效应
光学材料中的光学非线性效应光学非线性效应是指光在介质中传播时，与介质发生相互作用而引起的光学现象。
与线性光学现象不同，光学非线性效应具有非线性响应特性，可以产生各种有趣的光学现象和应用。
在光学材料中，光学非线性效应是一个重要的研究领域，具有广泛的应用前景。
一、光学非线性效应的基本原理光学非线性效应的基本原理是介质中电子和光场之间的相互作用。
在光学材料中，当光场的强度足够强时，光场会对材料中的电子产生作用力，使电子发生位移和加速度变化，从而引起介质的折射率和吸收系数的变化。
这种变化与光场的强度呈非线性关系，即光学非线性效应。
二、光学非线性效应的分类光学非线性效应可以分为三类：光学非线性吸收效应、光学非线性折射效应和光学非线性散射效应。
1. 光学非线性吸收效应是指介质对光的吸收系数随光场强度的变化而发生非线性变化。
这种效应常见于强光照射下的材料，例如光纤、半导体等。
光学非线性吸收效应可以用于光学开关、光学存储和光学限幅等应用。
2. 光学非线性折射效应是指介质的折射率随光场强度的变化而发生非线性变化。
这种效应常见于非线性光学晶体和液晶材料中。
光学非线性折射效应可以用于光学调制器、光学隔离器和光学干涉仪等应用。
3. 光学非线性散射效应是指光在介质中传播时，与介质中的非线性效应相互作用而发生散射现象。
这种效应常见于非线性光纤和非线性光学晶体中。
光学非线性散射效应可以用于光学放大器、光学频率转换和光学混频等应用。
三、光学非线性效应的应用光学非线性效应具有广泛的应用前景，尤其在光通信、光信息处理和光储存等领域。
1. 光通信：光学非线性效应可以用于光纤通信系统中的光学开关和光学调制器，实现光信号的调制和开关控制。
这些器件具有高速、大容量和低能耗的特点，可以提高光通信系统的传输性能。
2. 光信息处理：光学非线性效应可以用于光学逻辑门、光学存储器和光学计算器等光学信息处理器件。
这些器件可以实现光信号的逻辑运算、存储和计算，具有快速、并行和高效的特点。
非线性光学效应与光学器件应用
非线性光学效应与光学器件应用近年来，随着科技的进步和人们对光学器件需求的增加，非线性光学效应正逐渐引起人们的关注。
非线性光学效应是光学材料在高强度光作用下产生非线性行为的现象，它可以应用于光学器件中，为我们提供了更多的可能性和选择。
本文将介绍非线性光学效应的基本原理以及其中的一些光学器件应用。
非线性光学效应基本原理非线性光学效应是指光场与物质相互作用时，产生高阶光过程而导致非线性响应的现象。
相对于线性光学效应而言，非线性光学效应可以产生更多样的现象，如二次谐波产生、和频产生、差频产生等。
这些非线性光学效应是由于光与物质之间相互作用导致的。
那么，何为非线性光学效应的物理机制呢？简单来说，非线性光学效应的产生是由于介质中的光响应不是简单的线性关系。
在强烈的光场作用下，光子与介质内的电子或者原子相互作用，导致了光的频率发生改变或光强的改变，从而产生了非线性现象。
非线性光学器件应用非线性光学效应不仅在基础科学研究中起到重要作用，也被广泛应用于光学器件中。
以下将介绍一些常见的非线性光学器件应用。
1. 光学调制器：非线性光学调制器是一种利用非线性光学效应实现信号调制的器件。
通过改变光强或光频率，可以实现对光信号的控制。
光学调制器在光通信、光存储和光计算等领域有着广泛的应用。
2. 非线性光学晶体：非线性光学晶体是利用非线性光学效应的特性，将光频率或光强转换成其他频率或强度的光的晶体。
它能够产生二次谐波、和频和差频等效应，可以用于光谱分析、激光频率转换等方面。
3. 光学限幅器：光学限幅器是一种利用非线性光学效应，将高强度光信号限制在某个特定范围内的器件。
光学限幅器在激光器保护、光通信系统中起到了重要作用，能够提高系统的稳定性和可靠性。
4. 光学开关：非线性光学开关是一种利用非线性光学效应，通过外加光信号实现光传输的开闭的器件。
它可以实现光信号的快速开关和调控，被广泛应用于光通信和光计算领域。
总结非线性光学效应是一种光与物质相互作用导致非线性响应的现象，它具有丰富多样的现象和特性。
光学过程中的非线性效应及其应用
光学过程中的非线性效应及其应用随着科技的发展，光学技术被广泛应用在通信、医疗、工业、环境等众多领域。
其中，光学过程中的非线性效应是一个重要的研究方向。
本文将从基础概念入手，探讨非线性效应的特点和应用。
一、概念及特点首先，我们来了解一下光学过程中的线性效应。
在光学中，线性效应指的是光子与介质之间的相互作用是线性的，即光子与介质之间的能量传递是按比例关系进行的。
例如，光子在介质中传播时会遇到折射现象，折射率是线性效应的一种。
而非线性效应则指的是光子与介质之间的能量传递不是按比例关系进行的，而是随着光强度的增加而呈现出非线性变化。
根据光强度的不同，非线性效应可以分为三种：1. Kerr效应Kerr效应是一种非常常见的非线性效应，也是一种光学自聚焦现象。
当光强度很大时，介质中的折射率会发生变化，从而使光线自聚焦。
这种现象在激光聚焦实验中得到了很好的应用。
2. Raman效应Raman散射是一种非线性光学过程，它是指光子与分子之间的相互作用导致光子的频率发生变化。
当光子的频率与分子的振动频率相匹配时，就可以产生Raman散射。
这种效应在拉曼光谱分析中得到了广泛应用。
3. 非相位匹配非相位匹配是一种非线性效应，它指的是光的波矢与介质的晶格不完全匹配，从而导致光的散射效应。
这种效应在光学显微成像中有着广泛应用。
二、应用领域1. 光通信非线性效应在光通信中有着广泛应用。
例如，利用Kerr效应在光纤中实现高速数据传输，可以实现数据传输速率的大幅度提高。
2. 光学成像非线性效应在光学成像领域也有着广泛应用。
例如，利用非相位匹配效应和双光子吸收效应进行多光子显微成像，可以获得高分辨率图像。
3. 生物医学应用非线性效应在生物医学应用中也有着广泛应用。
例如，通过拉曼光谱分析，可以实现对细胞和组织的代谢状态、病理信息等进行实时监测和诊断。
4. 工业应用非线性效应在工业应用中也有着广泛应用。
例如，通过利用拉曼光谱分析技术，可以实现对材料的结构和成分分析。
非线性光学中的非线性效应
非线性光学中的非线性效应非线性光学是光学领域中的一个重要分支，是经典光学和量子光学的交叉学科，有着广泛的应用和研究价值。
非线性光学中最基本的内容是非线性效应，这是因为物质与电磁波的相互作用是非线性的，而非线性效应是这种相互作用中最基本的结果之一。
一、什么是非线性效应一般来说，物质对电磁场的响应是线性的，即物质的极化率与电场强度成正比。
而在强光作用下，物质的响应就会变得非线性，这是因为物质中电子的电荷密度受到电磁场的影响而发生振动，产生了次谐波、三次谐波等高次谐波的频率成分，使得物质的响应不再是线性的。
比较常见的非线性效应有光学相位共轭、和频、差频、倍频等。
其中，和频与差频效应是与光学调制相关的，它们可以用于光学通信、光学传感、光学谱学等方面的应用；倍频效应则广泛应用于绿色激光、蓝光激光等领域。
二、和频效应的应用和频效应是指两束光波相交后产生一个新的频率为两束光波频率之和的光波的过程。
这个新产生的光波具有和原光波不同的颜色和波长，因此称为和频光。
这种效应可以用于光学调制、光学变频、光学振荡等方面的应用。
在光通信领域，和频效应被广泛应用于光纤通信中光波信号的调制与检测。
通过调制光波的强度，可以使其产生和频效应，而和频光则可以用于检测光波信号的强度和频率。
这种技术被称为和频光检测技术，因为其具有高灵敏度、高分辨率、高速度等优点，被广泛应用于光纤通信、光学传感等方面。
此外，和频效应还可以用于光学成像。
通过将待测试物体的反射光与强泵浦光交叉作用，可以产生和频光，从而获得待测试物体的成像信息。
这种技术被称为和频成像技术，因为其具有快速、高分辨率、非侵入性等优点，被广泛应用于生物医学成像、材料表征等方面。
三、差频效应的应用差频效应是指两束光波相交后产生一个新的频率为两束光波频率之差的光波的过程。
这个新产生的光波具有和原光波不同的颜色和波长，因此称为差频光。
这种效应可以用于光学调制、光学变频、光学振荡等方面的应用。
光学中的非线性光学效应
光学中的非线性光学效应光学是研究光的传播和相互作用的科学领域。
在光学中，非线性光学效应是一种重要的现象，它指的是光与物质相互作用产生的效应不仅仅是线性关系，而是呈现出非线性特征。
非线性光学效应在光学通信、激光技术以及材料科学中都具有重要的应用。
非线性光学效应最早是通过对光在介质中传播特性的研究中发现的。
传统的线性光学中，我们通常认为光的传播是根据麦克斯韦方程组线性叠加得到的。
然而，当光的强度较大时，光的传播过程会出现非线性的效应。
这是因为光与物质相互作用时，光的电场会影响物质的极化状态，进而影响光的传播。
其中，最常见的非线性光学效应是二次谐波产生（second harmonic generation，SHG）。
当光束传播到非线性介质中时，光的电场将使介质内的电子发生受力振动，从而导致电子的位置发生变化。
这种变化使得光的频率加倍，产生了频率为原始光的二倍的二次谐波。
二次谐波产生的实际应用非常广泛，例如在激光器中可以通过二次谐波产生实现光的放大、调制等功能。
除了二次谐波产生外，还存在其他非线性光学效应，如光学整流效应和自聚焦效应。
光学整流效应指的是当光传播到介质中时，光的偏振态会发生改变，产生光学整流。
这种效应在光学器件的制造中具有重要作用，可以用于制造光电开关和偏振控制器等器件。
而自聚焦效应指的是当强光传播到非线性介质中时，光束会因为介质的非线性效应而发生自聚焦，即光束变窄。
这种效应被广泛应用于激光器、光通信和医学成像等领域。
非线性光学效应的发现和应用离不开相关实验技术的发展。
随着调谐激光器、超快激光脉冲和非线性光学晶体等实验设备的发展，人们对非线性光学效应的研究也取得了重要的进展。
通过调节光的频率、强度以及介质的特性，人们可以实现对非线性光学效应的控制和利用。
非线性光学效应的研究和应用在现代光学中具有重要的地位。
它不仅为光学器件的制造提供了新的设计思路，还为光学通信、激光技术以及材料科学等领域的发展带来了新的机遇。
光学研究的非线性光学效应
光学研究的非线性光学效应光学是研究光的传播和相互作用的学科，而非线性光学是光学中一个重要的研究领域。
在传统的线性光学中，光的传播和相互作用可以用线性的数学模型来描述，即光的传播和作用的效果与光的强度成正比。
然而，在某些特殊的情况下，光的传播和相互作用会出现非线性效应，这就是非线性光学。
非线性光学是光学研究中的一个重要分支，它研究的是光的传播和相互作用在高强度下的行为。
在非线性光学中，光的传播和相互作用的效果与光的强度不再成正比，而是存在非线性关系。
这种非线性关系会导致一些特殊的现象和效应的出现，例如光的自聚焦、自相位调制、光学孤子等。
非线性光学效应的研究对于光学领域的发展具有重要意义。
首先，非线性光学效应可以应用于光学器件的设计和制造。
通过利用非线性效应，可以实现一些传统光学器件无法实现的功能，例如光学开关、光学调制器等。
这些器件在光通信、光存储等领域有着广泛的应用。
其次，非线性光学效应还可以用于光学成像和光学测量。
由于非线性光学效应会导致光的传播和相互作用的改变，因此可以利用这些效应来实现对物体的高分辨率成像和精确测量。
例如，通过利用非线性光学效应，可以实现超分辨率显微镜，可以观察到比传统显微镜更小尺寸的细节。
此外，非线性光学效应还可以用于光学通信和光学信息处理。
在光学通信中，非线性光学效应可以用于增强光信号的传输距离和传输速度，提高光通信系统的性能。
在光学信息处理中，非线性光学效应可以用于实现光学计算和光学逻辑门等功能，为光学信息处理提供了新的途径。
非线性光学效应的研究还面临着一些挑战和问题。
首先，非线性光学效应的研究需要高强度的光源和敏感的探测技术，这对实验条件提出了较高的要求。
其次，非线性光学效应的理论模型和数学描述也比较复杂，需要深入的理论研究和数值模拟。
此外，非线性光学效应的应用还需要解决一些实际问题，例如器件的稳定性、可靠性和成本等。
总之，非线性光学效应是光学研究中的一个重要领域，它研究的是光的传播和相互作用在高强度下的行为。
光学材料中的非线性光学效应研究
光学材料中的非线性光学效应研究光学材料是指能够与光进行相互作用的材料，其性能对于光学器件和光学通信等领域的发展至关重要。
在光学材料中，非线性光学效应是一种重要的现象，它可以使光的传输和调控具有更多的灵活性和功能性。
非线性光学效应是指光在材料中传播时，与光场的强度非线性相关，即光的响应不仅与入射光的强度有关，还与光的强度的高次方或高次幂相关。
这种非线性关系使得光学材料在光学器件中具有更加复杂和多样的光学特性。
在非线性光学材料中，最常见的非线性效应是二次谐波发生、和频和差频发生以及自聚焦效应等。
二次谐波发生是指当入射光通过非线性材料时，会产生频率是入射光频率的二倍的二次谐波。
和频和差频发生则是指两束不同频率的光在非线性材料中相互作用时，会产生和频和差频的光。
自聚焦效应是指入射光在非线性材料中传播时，由于光的强度非线性增加，导致光束的横向尺寸减小。
非线性光学效应在光学器件中有着广泛的应用。
例如，二次谐波发生可以用于实现频率加倍器和光学调制器等器件；和频和差频发生可以用于实现光学混频器和光学放大器等器件；自聚焦效应可以用于实现光学开关和光学限幅器等器件。
这些器件的应用范围涵盖了光通信、光存储、光计算和光学成像等领域。
为了研究非线性光学效应，科学家们需要设计和合成具有特定结构和性能的光学材料。
例如，通过改变材料的晶体结构、掺杂特定的杂质或者制备纳米结构等方法，可以调控材料的非线性光学性能。
此外，科学家们还通过研究非线性光学效应的机制和理论模型，来解释和预测材料的光学特性。
近年来，随着纳米技术和材料科学的发展，非线性光学材料的研究取得了很大的进展。
例如，金属纳米颗粒和二维材料等新型材料被广泛应用于非线性光学器件的设计和制备中。
这些材料具有较高的非线性光学系数和较低的损耗，可以实现更高效、更紧凑的光学器件。
总之，非线性光学效应是光学材料中的重要现象，它为光学器件的设计和制备提供了更多的可能性。
通过研究非线性光学效应的机制和探索新型材料，我们可以不断提高光学器件的性能和功能，推动光学通信和光学技术的发展。
光学中的非线性光学
光学中的非线性光学在镜头中，我们常常听到非线性光学这个术语。
它是光学领域中的一个重要分支，涉及到光与物质相互作用时产生的非线性效应。
本文将详细介绍光学中的非线性光学，并讨论其在科学研究和技术应用中的重要性。
一、非线性光学的基本概念非线性光学是指在光与物质相互作用时，光的电磁特性不在遵循线性超定理的现象。
通常情况下，光学中的光与介质的相互作用是线性的，即光的传播方式符合麦克斯韦方程组所描述的线性传播规律。
然而，当光的强度足够强时，光与介质的相互作用就会变得非线性，这时光的传播不再符合线性传播关系。
二、非线性光学效应非线性光学效应主要包括自聚焦效应、自相位调制效应、和非线性吸收效应三个方面。
自聚焦效应是指在介质中，光强足够高时将会自聚焦且形成孤子束，这一现象在激光技术和光通信系统中极为重要。
自相位调制效应是指光束在传播过程中，其相位会随着强度的变化而发生改变，造成光脉冲的相位调制，这个效应在光学通信中有重要的应用价值。
非线性吸收效应是指介质与光的相互作用会导致光的吸收增加，这一效应在传感器和激光材料的应用中有重要的作用。
三、非线性光学的应用非线性光学在科学研究和技术应用中有着广泛的应用。
首先，在光学通信领域，非线性光学效应使得光纤通信能够实现高速、大容量的数据传输，提高了现代通信的速度和质量。
其次，在激光技术方面，非线性光学可以用来实现超快激光脉冲产生，提高激光器的输出效率和功率。
此外，在光传感器的设计中，非线性光学效应也可以用来提高传感器的灵敏度和响应速度。
四、非线性光学的研究进展随着科学技术的发展，对于非线性光学的研究也在不断深入。
新材料的发现和设计使得我们能够更好地利用非线性光学效应，如铌酸锂晶体、有机聚合物和纳米材料等。
同时，新的非线性光学技术也在不断涌现，如超快光学技术、光学相位共轭技术等。
这些进展为非线性光学的应用提供了更广阔的发展空间。
五、结语非线性光学作为光学领域的重要分支，在科学研究和技术应用中发挥着重要的作用。
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3 材料的光学性能
3.1 光传播的基本性质 3.2 光的反射和折射 3.3 材料对光的吸收和色散 3.4 光的散射 3.5 材料的不透明性和半透明性 3.6 电光效应、光折变效应、非线型光学效应 3.7 光的传输与光纤材料 3.8 特种光学材料及其应用
LOGO Materials Physics
3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (1) 电光效应(electro-optical effect) 由于外加电场所引起的材料折射率的变化效应。
电场与折射率的关系：
n = n + aE0 + bE + L
0 2 0
泡克尔斯效应
克尔电光效应
n0：没有加电场E0时介质的折射率 a, b：常数
LOGO Materials Physics
3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (a) 泡克尔斯效应(Pockels effect) 1893年
在没有对称中心的晶体中，外加电场与折射率的 关系具有一次电光效应。
旋转椭球折射率体 三轴椭球光折射率体 （双轴晶体） rc：电光陶瓷的电光系数
1 3 Δn = n rc E 2
LOGO Materials Physics
3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体
透 明 电 极
压 电 晶 体
透 明 电 极
电光晶体：KDP 偏振片：P1⊥P2 电场∥光传播方向 光沿光轴方向传播
ΚD
P
偏振片1
不加电场 不加电场
偏振片2
P P22 不透光 不透光
LOGO Materials Physics
3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体
透 明 电 极
压 电 晶 体
透 明 电 极
电光晶体：KDP 偏振片：P1⊥P2 电场∥光传播方向 光沿光轴方向传播
ΚD
P
加电场 加电场
偏振片1
偏振片2
原光轴方向附加 原光轴方向附加 双折射效应， 双折射效应，P P22 透光 透光
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (b) 克尔效应(Kerr effect) 1875年
在有对称中心的晶体中，在加强电场的作用下， 介质分子作定向排列而呈现出各向异性，其光学 性质与单轴晶体类似；外电场一旦撤除，这种各 向异性立即消失。
Δn = kλE
2
k：电光克尔常数
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 电光材料：硝基苯 偏振片：P1⊥P2 光沿光轴方向传播 电场⊥光传播方向
偏振片1
不加电场 不加电场
偏振片2
P P22 不透光 不透光
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 电光晶体：硝基苯 偏振片：P1⊥P2 光沿光轴方向传播 电场⊥光传播方向
偏振片1
加电场 加电场
液体呈单轴晶体性 液体呈单轴晶体性 质 质， ，光 光轴 轴∥ ∥E, E, P P 22 透光 透光
偏振片2
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
(2) 电光晶体(electro-optical crystal)及其应用 电光材料的要求： 1.在使用波长范围内对光的吸收、散射要好。
2. 电光系数和折射率要大 3. 折射率随温度变化不能太大 4.电阻率大而介电损耗角小 线性电光材料常用参量：半波电压Vπ 所加电压使诱发的寻常光和非常光的相位差达到 180ο时的电压值。
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (2) 电光晶体(electro-optical crystal)及其应用 磷酸二氢钾 (KH2PO4), 磷酸二氢 氨(NH4H2PO4), LiNbO3, BaTiO3和 Pb1-xLax(ZryTi1-y)1-x/4O3
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (2) 电光晶体(electro-optical crystal)及其应用 应用：电光调制器，高速开关，眼睛防护器， 颜色过滤器等
M-Z型电光强度调制器
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.2 光折变效应 (1) 现象和特点 20世纪60年代，LiNbO3晶体在强激光照射下出 现可擦除的 “ 光损伤 ”——— 光致折射率变化效 应 光折变效应 材料在光辐射下通过电光效应形成空间电 荷场，由于电光效应引起折射随光强空间分布 而发生变化的效应。
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
光折变效应的特点 （1）一定意义上讲，光折变效应与光强无关。
光折变效应是起因于光强的空间调制，而不是 光强作用于价键电子云发生形变造成的。
因此入 射光的强度，只影响光折变过程进行的速度。
（2）光折变效应在时间响应上有惯性，而且在空间 分布上是非局域响应。
折射率改变的最大处并不对应于光辐射的最 强处。
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
光折变效应的基本过程 （ 1 ）光折变材料吸收光子而产生自由载流子 ( 空间 电荷)，这种电荷由于相干光束干涉而强度分布不 均匀。
（2）这些自由载流子在介质中的漂移、扩散和重新 俘获形成了空间电荷的重新分布，并产生空间电 荷场。
（ 3 ）通过电光效应，空间电荷场改变晶体中折射 率的空间分布，形成折射率光栅，从而产生光折 变效应。
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
(2) 光折变晶体(photorefractive crystal) 非铁电氧化物：Bi12(Si,Ge,Ti)O20，GaAs等 具有快的响应速度，但能够形成折射率光栅 的调制度比较小。
铁电氧化物：BaTiO3，KNbO3，铌酸锶钡等 可形成大的折射率光栅调制度，但其光折变 的灵敏度比较小。
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
光折变晶体的应用 光放大、光学记忆、图象关系、空间光调制 器、光动态滤波器、光学时间微分器、光偏转 器等
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.3 非线性光学效应 (1) 基本概念 20世纪60年代 红宝石激光器 线性光学 研究弱光束 在介质中的 传播 非线性光学 研究强光束 在介质中的 传播
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
与线性光学不同，当强光作用于物体后，表征 光学特性的许多参量如折射率、吸收系数、散 射截面等不再是常数，而是一个与入射光有关 的量。
激光光波通过介质时由于极化率的非线性响应 而产生谐波、光的受激振荡、多光子吸收、光 束自聚焦和光致透明等现象，这种与光强有 关，不同于线性光学现象的效应称为非线性光 学效应。
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3.6 电光效应、光折变效 应、非线性光学效应
(2) 非线性光学效应 倍频
P = αE + β E + γE + L
2 3
其中
β γ 1 ＝ ＝ L＝ α β E 原子
E原子：原子中的电场，～108V/cm
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电光效应、光折变效应、非线性光学效应
线性光学
电光效应、光折变效应、非线性光学效应
时，非线性项不可忽略
sinω
t
L
电光效应、光折变效应、非线性光学效应
ω
t
2
强光通过均匀的平板玻璃时,会聚成直径为几个微米的细线或细小的焦点，这一现象称为
强光通过光学介质时，可使介质由不透明或部分透明变成完全透明，这种现象称为自。