。1、激光設計與制造-半導體激光技術，2、非線性光學，非線性光學的研究內容，非線性光學的發(fā)展歷史和趨勢，非線性光學的典型應用，典型的非線性光學過程，3、非線性物理、量子力學和相對論共同構成了現(xiàn)代物理學的基石。它是物質間強相互作用研究中普遍存在的一種非線性現(xiàn)象，即研究效果與反應之間的關系是一種非線性現(xiàn)象。非線性物理學是現(xiàn)代物理學的重要基石。非線性光學的含義，非線性光學是非線性物理學的一個分支學科，非線性光學是現(xiàn)代光學的一個分支學科，光學：光的發(fā)射和傳播以及光和物質之間的相互作用。激光是一種強光源?；谧园l(fā)輻射的普通光源的光學被稱為“傳統(tǒng)光學”?；谑芗ぽ椛涞募す夤庠垂鈱W被稱為“現(xiàn)代光學”。非線性光學研究強光與物質的相互作用規(guī)律，極大地豐富了非線性物理的內容。在激光出現(xiàn)之前，人們對光學的理解主要局限于線性光學：光束在介質中的傳播是相互獨立的。光的頻率在傳播過程中不會改變。折射率、吸收系數(shù)等。介質的偏振強度與入射光的光強無關，但是介質的偏振強度與光波的電場強度成正比，是入射光的頻率和偏振的函數(shù)。非線性光學是研究激光和物質相互作用的學科。非線性光學現(xiàn)象是高階偏振現(xiàn)象。非線性光學的研究內容，6.對于非常強的激光，光波的電場強度可以與原子內部的庫侖場相媲美。介質的偏振強度不僅與光場的電場強度E的一側有關，而且還取決于E的較高功率項，從而導致許多線性光學中不明顯的新現(xiàn)象非線性、非線性關系、光對介質的影響、介質響應、7、非線性光學與線性光學的區(qū)別。8、非線性光學效應的分類，根據(jù)激光與介質的相互作用，可分為被動非線性光學效應和主動非線性光學效應。被動非線性光學效應：光和介質之間沒有能量交換；不同頻率的光之間只進行能量交換。如倍頻過程、參量過程、四波混頻等。主動非線性光學效應：光和介質之間存在能量交換；介質的光學參數(shù)與光場的強度有關。如非線性吸收飽和吸收、雙光子吸收；非線性散射受激拉曼散射、受激布里淵散射等。非線性光學的發(fā)展經歷了1961-1965年的三個不同時期：在其建立的初期，非線性光學效應大量而迅速地出現(xiàn)：光學諧波、光學和頻和差頻、光學參量放大和振蕩、多光子吸收、光束自聚焦和激光散射。1965-1985:在發(fā)展的成熟階段，新的非線性光學效應繼續(xù)被發(fā)現(xiàn)：非線性光譜效應、各種瞬態(tài)相干效應、光誘導擊穿等。對發(fā)現(xiàn)的效應有更深的理解，開發(fā)各種非線性光學器件。非線性光學從1985年至今的發(fā)展歷程：應用階段已經從研究固體非線性效應擴展到研究包括氣體、原子蒸氣、液體、固體甚至液晶在內的非線性效應。從二階非線性效應到三階、五階甚至更高階的效應。從一般非線性效應到共振非線性效應；就時間而言，納秒輸入皮秒和飛秒。11、普克爾斯效應和克爾效應。一些各向同性透明物質在電場作用下表現(xiàn)出光學各向異性。物質的折射率因外加電場而改變的現(xiàn)象是電光效應。電光效應包括普克爾斯效應和克爾效應。電光效應是指某些各向同性透明物質在電場作用下表現(xiàn)出光學各向異性的效應。波克耳斯效應或林克爾效應或次級電光效應是指折射率與外加電場強度的次級功率成比例變化的效應。1875年，英國物理學家約翰克爾(1824-1907)發(fā)現(xiàn)。12、普克耳效應和克爾效應，一些晶體在縱向電場的作用下會改變它們的各向異性性質(電場的方向與光傳播的方向相同)，從而產生額外的雙折射效應。例如，將磷酸二氫鉀晶體放置在兩個平行的導電玻璃板之間，導電玻璃板形成能夠產生電場的電容器，晶體的光軸與電容器板的法線一致，入射光沿晶體的光軸入射。就像觀察克爾效應一樣，我們用正交偏振系統(tǒng)來觀察。當不施加電場時，入射光在晶體中不經歷雙折射，并且不能通過P2。當施加電場時，晶體產生雙折射，光通過P2。普克耳斯效應與外加電場強度的一階成正比。大多數(shù)壓電晶體都能產生普克耳斯效應。像克爾效應一樣，普克爾斯效應常用于光學門、激光器的調Q開關和光波調制。嘿。13，1870，johnkerrdemonstratedthattherefractiveindexofnumberofsolidsandliquississslighlychangedbytheapplicationofstrong dcfield，Johnkerwasborn 17 December 1824 .從1857年開始，他在英國格拉斯哥自由教會大學學習自由教會培訓。1890.哥廷根大學的弗里德里希普克勒斯(Pockels)研究了相關的過程知識。使工作物質中的粒子數(shù)反向分布，自發(fā)輻射引起受激輻射；諧振腔通過頻率選擇放大輻射的光波。16，非線性光學的歷史，1961弗蘭克等人在密歇根大學的實驗光學倍頻實驗。非線性光學新學科的出現(xiàn)！17，1962光學和頻率，Bass等人使用波長差為1nm的兩個紅寶石激光器將兩束光入射到TGS(硫酸三甘氨酸酯)晶體中，并且通過光譜分析發(fā)現(xiàn)輸出光束包含大約347nm的三條譜線。1962年，當Woodbury和Ng用甲苯研究調Q紅寶石激光器時，他們發(fā)現(xiàn)出射光束除紅寶石激光線外，還有766nm的譜線，與紅寶石激光具有相同的傳播方向和小的發(fā)散角，其頻率相對于紅寶石激光下降了1345cm-1，頻移剛好等于甲苯最強拉曼模的振動頻率。二次諧波、光和頻率和受激拉曼散射被列為最先發(fā)現(xiàn)的三種基本非線性光學效應。凱澤和加勒特：同時吸收兩個光子，原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。雙光子吸收，人們也發(fā)現(xiàn)了許多新的非線性光學現(xiàn)象，雙光子吸收是由介質中的原子同時吸收兩個光子，從基態(tài)過渡到激發(fā)態(tài)。雙光子吸收系數(shù)與入射光強度的平方成正比。這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)極大地促進了高分辨率光譜的研究和發(fā)展。20，1963，飽和吸收效應。當入射激光束的強度增加時，介質的吸收系數(shù)將降低。利用這種效應，可以在具有較大多普勒寬度的譜線輪廓中獲得具有非常窄線寬的飽和吸收凹度。飽和吸收光譜是一種測量原子吸收光譜的技術，通常稱為SAS。飽和吸收光譜的特征是吸收光譜信號的半高寬不是無多普勒的，而是僅由所涉及的原子能級躍遷的線寬和激光強度決定的。飽和吸收效應，21，1965: Giordmaine和Miller光學參量放大和振蕩，以及，22，與聲學激發(fā)相關的受激布里淵散射，與熵激發(fā)相關的受激瑞利散射，與分子取向激發(fā)相關的瑞利機翼散射等。也是在受激拉曼散射的激勵下觀察到的。在20世紀60年代早期和中期，布隆伯格和他的學生是基于電介質極化和耦合方程的非線性光學理論的主要基礎，同時發(fā)現(xiàn)了上述非線性現(xiàn)象。他提出了一個通用的理論框架，可以描述液體、半導體和金屬的許多非線性光學現(xiàn)象。何和他的學派從三個方面奠定了非線性光學的理論基礎：物質對光波場的非線性響應及其描述方法；光波之間以及光波與物質激發(fā)之間的相互作用理論；光通過界面的非線性反射和折射理論。理論和實驗相結合，發(fā)現(xiàn)了一系列三階非線性光學效應。還發(fā)現(xiàn)，只要有足夠的光強，三階非線性效應就存在于所有介質中。1962年，Askarian(Askaran)在理論上提出，由于折射率隨光強變化，激光束在傳播過程中可能出現(xiàn)自聚焦現(xiàn)象。1964年，當功率為幾兆瓦的調Q激光束穿過固體時，赫謝爾觀察到許多排列成行的損傷點，直徑只有幾微米。很快，焦立中等人提出了一個自陷模型來解釋這一現(xiàn)象。20世紀70年代初，光學克爾效應得到了實驗驗證。25、光學相位共軛，光學相位技術是非線性光學中廣泛使用的技術之一。在當今的光通信技術領域，它也用于補償光纖長距離傳輸引起的信號失真。在激光技術領域，它用于補償激光束在激光介質中傳播所引起的光束畸變。相位共軛反射鏡，普通反射鏡，什么是相位共軛？如果輸出波的相位是過程中輸入波相位的復共軛，該過程被定義為相位共軛。換句話說，這個過程反轉了輸入波的相位。等效于相位共軛的輸出波相對于輸入波反向傳播，空間完全反轉。這種相位共軛反射鏡與傳統(tǒng)反射鏡完全不同，傳統(tǒng)反射鏡根據(jù)原始路徑復制并返回輸入波的空間形狀。當光束在非線性介質中傳播時，它的波前由于光束的自身作用而發(fā)生畸變。1976年，貝爾實驗室的吉布斯(Gibbs)等人利用非線性標準具觀察到了由于折射率隨光強變化而產生的光學雙穩(wěn)態(tài)效應，從而開創(chuàng)了非線性光學研究的一個分支光學雙穩(wěn)態(tài)研究，這一分支在物理和應用上都非常重要。光學雙穩(wěn)性光學雙穩(wěn)性技術可以使這種器件具有兩種穩(wěn)定的透射(或反射)光強狀態(tài)，即高透射率和全反射。透射率曲線類似于電磁學中的磁滯回線。吸收光學雙穩(wěn)態(tài)效應，光學雙穩(wěn)態(tài)器件是基于非線性介質吸收光引起的非線性折射率變化(色散變化)，以及共振吸收飽和效應。如果法布里-珀羅干涉儀填充有非線性介質，那么由于光場誘導的折射率，通過干涉儀的單色光束的透射率與光束的強度有關。例如，當干涉儀的間隔被調諧到使透射率達到峰值的值時，當強光束被照射時，干涉儀開始失諧，因為由光場引起的折射率已經在穿過干涉儀的光束中引起了額外的相位變化。通常，非線性法布里-珀羅干涉儀的透射率是光強的高階非線性函數(shù)，并且與干涉儀的初始偏置有關。它通常用于實現(xiàn)光強限制、差分放大和雙穩(wěn)態(tài)。20世紀70年代中期，人們發(fā)現(xiàn)相位共軛可以通過四波混頻來實現(xiàn)，這是非線性光學中的一個重要發(fā)現(xiàn)。這開辟了非線性光學相位共軛的一個重要研究領域。作為另一種類型的非線性光學，各種相干瞬態(tài)光學效應也在20世紀60年代和70年代初被提出和實現(xiàn)。光子回波是在64年內預測和觀測到的。67年發(fā)現(xiàn)了光學自感知透明性。69年預測并觀測到光學章動；72年來觀察到光學自由感應衰減。非線性光學的應用研究始于20世紀70年代。一方面，它為非線性光學注入了可持續(xù)發(fā)展的力量。另一方面，研究成果進一步豐富了非線性光學的內容。擴展相干光源倍頻，和頻，倍頻：藍光，紫光，紫外光差頻：紅外激光參量振蕩：可見光，近紅外，紅外，遠紅外可調諧激光受激拉曼散射，四波混頻，參量振蕩(氣體):紫外光，真空紫外可調諧激光器，33、自1990年以來，非線性光學在以下領域取得了重大進展：飛秒?yún)^(qū)域的非線性光學特性研究、飛秒化學和飛秒生物學；有源和無源半導體器件在光通信中的應用：光纖中的非線性光學，光孤子；高容量、高速光存儲X激光器；壓縮態(tài)的實驗進展：非線性光學已經成為高科技，特別是光電子技術、光子學和光子技術的基礎。34歲。非線性光學的發(fā)展趨勢：1。從連續(xù)和寬脈沖到皮秒和飛秒超短脈沖；2、從穩(wěn)態(tài)到動態(tài)發(fā)展；3.從強光非線性到弱光非線性；4.從基態(tài)到激發(fā)態(tài)再到激發(fā)態(tài)的發(fā)展；5.從共振區(qū)發(fā)展到非共振區(qū)；6、從研究材料規(guī)模，從宏觀到微觀發(fā)展。非線性光學的應用。36，37，二次諧波，5種典型的非線性光學效應，光電場，極化強度，P是電子產生的電偶極矩，38，1961，F(xiàn)raunhofer等人使用應時晶體對紅寶石激光器(0.6943um)進行了二次諧波實驗。獲得0.3471um的紫外光。1962年，喬特邁耶和馬克爾等人提出了相位匹配技術，使得在二次諧波產生和光混頻過程中實現(xiàn)更高的轉換效率成為可能。應用：輸出波長為1.06um，532nm激光可由二次諧波(SHG)產生，265nm紫外光可由一次和二次諧波產生?；ê蚐HG或倍頻分別可獲得353納米三次諧波和212納米五次諧波。利用這些新產生的波長來激發(fā)可調諧染料激光器、光參量振蕩器等?？梢垣@得新的可調波段。光混合不僅可以將激光的波長擴展到紫外線，還可以擴展到遠紅外。二次諧波產生是非線性光混頻中最典型、最重要、最基本、應用最廣泛的技術。光與物質相互作用的整個過程可以分為光作用于物質使物質極化形成極化場和極化場兩個子過程，作為向外輻射光波的新輻射源。原子由原子核和核外電子組成。當頻率為的光入射到介質上時，它引起介質中原子的極化，即負中心相對于正中心偏移r，形成電偶極矩，單位體積中原子偶極矩的和定義為極化強度矢量p，非線性極化，40，雖然許多介質會產生非線性效應，但是，對于一些具有中心結構和各向同性介質(如氣體)