关于“非线性光学效应”的综述

大连理工大学

关于“非线性光学效应”的综述

学院：物理学院

专业：光电信息科学与工程

班级：物光1501

学号：201521014

姓名：徐企阳

日期：2018年4月13日

目录

1 绪论 (3)

2 发展历史 (4)

3 基本理论 (6)

3.1 概述 (6)

3.2 非线性光学效应 (7)

3.2.1 光学变频效应 (7)

3.2.2 光的受激散射效应 (7)

3.2.3 光学相位共轭效应 (9)

3.2.4 光学双稳态效应 (9)

3.2.5 光学孤子 (10)

3.3 理论模型 (10)

3.3.1 双能级模型 (11)

3.3.2 电荷转移模型 (11)

3.3.3 阴离子基团理论 (11)

3.3.4 双重基元结构模型 (12)

3.3.5 二次极化率矢量模型 (12)

3.3.6 簇模型理论 (12)

4 目前发展状态 (14)

4.1 非线性光学效应在材料科学中的应用发展 (14)

4.2 非线性光学效应在光纤通信中的应用发展 (15)

5 应用领域 (16)

6 结束语 (16)

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1 绪论

非线性光学是现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下出现的与介质的非线性极化相联系的各种光学效应，以及如何利用这些效应的学科。

美籍华人学者、非线性光学专家沈元壤先生用这样一句话来叙述非线性光学：“混沌初开，世界

就是非线性的。线性化简化了复杂的世界，把世界线性化损失了许多有趣的现象，而非线性现象是世界进展的因素”。

过去的光学理论认为，介质的极化强度与入射光波的场强成正比。于是，表征物质光学性质的许多参数，如折射率、吸收系数等都是与光强无关的常量。普遍的光学实验证实，单一频率的光通过透明介质后频率不会发生任何变化，不同频率的光之间不会发生相互耦合作用。激光出现后的短短的几年内，人们观察到许多用过去的光学理论无法解释的新效应。为了解释这些新效应，产生了非线性光学理论。

非线性光学不仅从理论上丰富了人们对光与物质相互作用的认识，而且已经得到广泛的实际应用。非线性光学的研究在激光技术、光通信、信息和图像的处理与存储、光计算等方面有着重要的应用，具有重大的应用价值和深远的科学意义。例如，光倍频、光参量振荡、受激喇曼散射已成为产生新频率相干辐射的一种有效方法；利用非线性饱和吸收已制成染料Q开关和被动锁模元件。此外，它在激光光谱学、同位素分离、光控化学反应、核聚变、集成光学、信息光学、光学计算机等方面都有重要的作用。

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2 发展历史

早在公元前五、六世纪，人们对光学现象就已经开始有所认识了。但是，一直到本世纪50年代，人们对光学现象的认识还只是停留在线性光学范围内，虽然在电学和磁学中的非线性现象，从麦克斯韦时代起就已知道了，如铁磁体中磁化的饱和、无线电波的整流等就是熟知的例子。可是在光学波段内的非线性现象，只是在1960年激光问世以后，才成为具有实际内容的学科。

1961年，Franke等人所做的二次谐波产生的实验，实际上标志着非线性光学的诞生。

一般说来，非线性光学现象涉及到光与物质的非线性相互作用，包括诸如光感生介质光学性质的变化等问题。其实，二次谐波产生并不是第一个被观测到的非线性光学现象。光学泵浦无疑是在激光问世以前就已为人们知道的一种非线性光学现象。但因非线性光学现象的观测需要有较强的相干光，而激光正是这种光。所以，自1961年以来，各种二阶非线性光学现象和三阶非线性光学现象都相继被人们观测到了。他们是：

1962年，Armstrong从理论上预言了光整流现象。同年，Bass等人首先从实验上观察到了这一现象。此外，他们还首先在硫酸三甘氨酸晶体中观察到了光的和频现象；

1962年，Woodbury从实验上首次观测到了光的受激拉曼散射；

1963年，Hopfield等人第一次从实验上观测到了双光子吸收现象；

1964年，Chiao用红宝石激光在石英中观测到了受激布里渊散射；

1965年，在实验中首先证实了光参量放大，接着在1967年，就实现了光参量振荡

1967年，New和Ward首先在原子气体中实现了三次谄波产生；

1967年，Zaitsev等人首次观测到了受激瑞利散射。

这些非线性光学现象的出现，不仅极太地增长了人们关于光与物质相互作用的知识，而且也促使光学技术产生了革命性的变化，并且已经或正在对光学这门古老学科的复兴作出重大的贡献。

70年代以后非线性光学现象又有了新的发展——从经典非线性光学发展到非经典非线性光学；

1970年，Chandra等人首次预言了反聚束效应；

1977年，就从实验上观察到了反聚束效应这一非经典的非线性光学效应；

1976年，Yuan提出了光学压缩态；

1986年，首次在实验上观测到了光学压缩态。此外，还在实验上观察到了光子的亚泊松分布现象。

80年代以后，进一步发现新现象，更多的研究是将已知效应应用到各个新技术领域：光学自适应技术；

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光学集成元件和光学计算机；

光学信息存储与实时全息显示技术；

光学混沌；

光纤通信：相干光纤通信、电光效应光调制器、光孤子通信( 光Kerr效应—自相位调制、交叉相位调制)、Raman放大器、Raman孤子激光器、利用四波混频进行波长变换、超短脉冲的产生(压缩)与测量。

发现非线性光学新材料：新晶体、有机物材料、半导体材料

非线性光学的发展简史给了人们以极大的启示，世界上的一切介质都是非线性光学介质。特别是非经典非线性光学的问世，再一次表明了人类对光的本性的认识，无论是在广度上还是在深度上都还远没有完结。我们相信，在不久的将来，各种非线性光学现象都将在其他科学技术和工业生产中大放光彩。

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