《非線性光學(xué)》

NonlinearOptics過(guò)巳吉(石順祥)編著8/15/20231《非線性光學(xué)》

NonlinearOptics過(guò)巳吉(石1、《非線性光學(xué)－原理與進(jìn)展》，錢(qián)士雄，復(fù)旦大學(xué)出版社.2、《非線性光學(xué)原理》，上冊(cè)，沈元壤著，顧世杰譯，科學(xué)出版社.3、《非線性光學(xué)》，費(fèi)浩生編著，高等教育出版社.4、《非線性光學(xué)》，N.Bloembergen著，吳存愷，沈聞達(dá)，沃新能譯，科學(xué)出版社.。5、《光電子學(xué)導(dǎo)論》，A.Yariv參考書(shū)目8/15/202321、《非線性光學(xué)－原理與進(jìn)展》，錢(qián)士雄，復(fù)旦大學(xué)出版社.參考Introduction

(1)即為線性極化率，描述線性光學(xué)特性；

(2)和(3)分別表示二階和三階非線性極化率。非線性光學(xué)效應(yīng)的起源8/15/20233Introduction(1)即為線性極化率，描述線性光學(xué)非線性光學(xué)涉及到光與物質(zhì)的非線性相互作用，即極化強(qiáng)度與場(chǎng)強(qiáng)成非線性關(guān)系的光學(xué)現(xiàn)象，這也是通常稱為“非線性”的原因?！橘|(zhì)與強(qiáng)激光束相互作用的基本規(guī)律。每一種非線性光學(xué)過(guò)程都可以由兩個(gè)部分組成。強(qiáng)光首先在介質(zhì)內(nèi)感應(yīng)出非線性響應(yīng)，然后介質(zhì)在產(chǎn)生反作用時(shí)非線性地改變?cè)摴鈭?chǎng)。前一個(gè)過(guò)程遵循物質(zhì)的本構(gòu)方程，而后一個(gè)方程遵循麥克斯韋方程。

8/15/20234非線性光學(xué)涉及到光與物質(zhì)的非線性相互作用，即極化強(qiáng)度與場(chǎng)強(qiáng)成應(yīng)用前景1）非線性光學(xué)器件（變頻器，波分復(fù)用器，拉曼器件，光開(kāi)關(guān)等）；2）作為一種技術(shù)手段，獲得非線性介質(zhì)的宏觀和微觀性質(zhì)信息。3）開(kāi)拓新的相干光波段。面臨的難題

1）高功率強(qiáng)激光作用下，介質(zhì)易損傷；2）在紅外和紫外波段范圍，晶體吸收較大。8/15/20235應(yīng)用前景8/4/20235非線性光學(xué)的基本原理及其耦合波方程組二階非線性極化率引起的非線性光學(xué)效應(yīng)a.電光和磁光效應(yīng)，b.光學(xué)整流和光場(chǎng)感應(yīng)磁化c.和頻產(chǎn)生、諧波產(chǎn)生以及差頻產(chǎn)生d.參量放大和振蕩主要內(nèi)容8/15/20236非線性光學(xué)的基本原理及其耦合波方程組主要內(nèi)容8/4/20233.三階非線性極化率引起的非線性光學(xué)效應(yīng)

a.受激散射效應(yīng)b.雙光子吸收c.四波混頻d.光場(chǎng)感應(yīng)的雙折射e.自聚焦、自相位調(diào)制以及自散焦

8/15/202373.三階非線性極化率引起的非線性光學(xué)效應(yīng)8/4/2023Ch.1ClassicalDescriptionofNonlinearSusceptibility§1.1電極化率的表達(dá)式及因果性原理一、電極化率的色散—頻率色散二、因果性原理三、空間色散8/15/20238Ch.1ClassicalDescriptionof非線性極化率張量具有：（1）內(nèi)稟交換對(duì)稱性（2）全交換對(duì)稱性（3）時(shí)間反演對(duì)稱性（4）空間對(duì)稱性§1.2電極化率的幾種表示形式8/15/20239非線性極化率張量具有：§1.2電極化率的幾種表示形式8/4非線性極化率張量具有：（1）內(nèi)稟交換對(duì)稱性（2）全交換對(duì)稱性（3）時(shí)間反演對(duì)稱性（4）空間對(duì)稱性§1.4電極化率的基本性質(zhì)8/15/202310非線性極化率張量具有：§1.4電極化率的基本性質(zhì)8/4/2（1）內(nèi)稟交換對(duì)稱性：

（3）全交換對(duì)稱性：

（2）時(shí)間反演對(duì)稱：

8/15/202311（1）內(nèi)稟交換對(duì)稱性：（3）全交換對(duì)稱性：（2）時(shí)間反演Ch.2非線性電極化率的量子描述2.1密度算符及其運(yùn)動(dòng)方程2.2密度算符的微擾級(jí)數(shù)2.3電極化率張量的表示

2.4近獨(dú)立分子體系的電極化率張量－多分子體系8/15/202312Ch.2非線性電極化率的量子描述2.1密度算符及其運(yùn)2.3電極化率張量的表示

一、一階極化率的推導(dǎo)8/15/2023132.3電極化率張量的表示

一、一階極化率的推導(dǎo)8/4/2二、二階極化率的推導(dǎo)8/15/202314二、二階極化率的推導(dǎo)8/4/202314三、第r階極化率的推導(dǎo)8/15/202315三、第r階極化率的推導(dǎo)8/4/2023151、不可區(qū)分的、獨(dú)立的、全同的一個(gè)多分子體系的算符表示2.4近獨(dú)立分子體系的電極化率張量

－多分子體系8/15/2023161、不可區(qū)分的、獨(dú)立的、全同的一個(gè)多分子體系的算符表示2.2、求跡一階極化率張量元素二階極化率張量元素整個(gè)體系波函數(shù)8/15/2023172、求跡一階極化率張量元素8/4/2023178/15/2023188/4/2023183、電極化率張量的表示8/15/2023193、電極化率張量的表示8/4/202319非線性光學(xué)晶體的對(duì)稱類型和電極化率張量的形式一、光學(xué)晶體分類：各向同性；單軸晶體；雙軸晶體二、對(duì)稱變換（32種）1）n度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸——q=2p/n(n=1,2,3,4,6）2）n度象轉(zhuǎn)軸——q=2p/n,中心反演變換矩陣：中心變換鏡象變換轉(zhuǎn)動(dòng)變換8/15/202320非線性光學(xué)晶體的對(duì)稱類型和電極化率張量的形式一、光學(xué)晶體分類三、極化率的對(duì)稱變化8/15/202321三、極化率的對(duì)稱變化8/4/202321類型8/15/202322類型8/4/202322四、二階極化率的常用形式8/15/202323四、二階極化率的常用形式8/4/202323Ch.3光波在非線性介質(zhì)中傳播的基本方程§4.1光波在各向異性晶體中的傳播特性各向同性晶體各向異性晶體D、E同向D、E的方向一般不同主軸變換后，主介電常數(shù)張量：8/15/202324Ch.3光波在非線性介質(zhì)中傳播的基本方程§4.1光各晶系的相對(duì)介電常數(shù)張量矩陣8/15/202325各晶系的相對(duì)介電常數(shù)張量矩陣8/4/2023252.晶體光學(xué)性質(zhì)的基本方程在均勻、不導(dǎo)電、非磁性晶體中無(wú)自由電荷存在，麥克斯韋方程：波法線菲涅耳方程8/15/2023262.晶體光學(xué)性質(zhì)的基本方程在均勻、不導(dǎo)電、非磁性晶體中無(wú)自由上可得：又8/15/202327由上可得：8/4/202327討論1）求解本征值和光電場(chǎng)本征矢的問(wèn)題2）正交性8/15/202328討論1）求解本征值和光電場(chǎng)本征矢的問(wèn)題2）正交性8/4/3.光在晶體中的傳播規(guī)律波法線菲涅耳方程：1）各向同性介質(zhì)2）單軸晶體8/15/2023293.光在晶體中的傳播規(guī)律波法線菲涅耳方程：1）各向同性介——折射率與傳播方向無(wú)關(guān)，為尋常光(ordinary)——折射率與傳播方向有關(guān)，為非常光(extraordinary)尋常光——振動(dòng)方向與光波傳播方向和光軸所組成的平面垂直；

非常光——振動(dòng)方向與光波傳播方向和光軸所組成的平面平行。8/15/202330——折射率與傳播方向無(wú)關(guān)，為尋常光(ordinary)——折3）雙軸晶體介電張量三個(gè)主值都不相同的晶體具有兩個(gè)光軸。

光軸：就是兩個(gè)傳播模具有相同相速度的方向。光軸2光軸1zx正雙軸晶體

負(fù)雙軸晶體8/15/2023313）雙軸晶體介電張量三個(gè)主值都不相同的晶體具有兩個(gè)光軸。

8/15/2023328/4/202332光在晶體中傳播特性的幾何法描述1折射率橢球方程8/15/202333光在晶體中傳播特性的幾何法描述1折射率橢球方程8/4/28/15/2023348/4/2023348/15/2023358/4/2023358/15/2023368/4/2023368/15/2023378/4/2023378/15/2023388/4/2023382折射率曲面8/15/2023392折射率曲面8/4/2023398/15/2023408/4/2023408/15/2023418/4/2023418/15/2023428/4/202342§3.2介質(zhì)損耗對(duì)光波傳播的影響光波的消光系數(shù)8/15/202343§3.2介質(zhì)損耗對(duì)光波傳播的影響光波的消光系數(shù)8/4/20§3.3非線性光學(xué)耦合波方程8/15/202344§3.3非線性光學(xué)耦合波方程8/4/2023441.線性介質(zhì)中單色平面波的波動(dòng)方程慢變化近似條件無(wú)損耗時(shí)，8/15/2023451.線性介質(zhì)中單色平面波的波動(dòng)方程慢變化近似條件無(wú)損耗時(shí)2.穩(wěn)態(tài)情況下的非線性耦合波方程慢變化近似條件介質(zhì)無(wú)損耗時(shí)，非線性驅(qū)動(dòng)源一階小量8/15/2023462.穩(wěn)態(tài)情況下的非線性耦合波方程慢變化近似條件介質(zhì)無(wú)損耗——單色波在穩(wěn)態(tài)條件下非線性耦合方程——準(zhǔn)單色波的非線性耦合方程8/15/202347——單色波在穩(wěn)態(tài)條件下非線性耦合方程——準(zhǔn)單色波的非線性耦合和頻8/15/202348和頻8/4/202348光學(xué)二次諧波倍頻8/15/202349光學(xué)二次諧波倍頻8/4/202349§3.4非線性光學(xué)相位匹配相位匹配（phasematched）的概念——以SHG為例從輻射的相干疊加觀點(diǎn)上看，8/15/202350§3.4非線性光學(xué)相位匹配相位匹配（phasematc，相位失配；相位匹配條件8/15/202351，相位失配；相位匹配條件，相位匹配條件；相位失配。從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)理解從輻射的量子觀點(diǎn)來(lái)考慮，滿足能量和動(dòng)量守恒條件：8/15/202352，相位匹配條件；相位失配。從能量轉(zhuǎn)化相位匹配問(wèn)題來(lái)源于材料的色散真空中不存在色散，因而不存在相位匹配；介質(zhì)：各向同性介質(zhì)，dn/dw>0,n2w>nw;各向異性介質(zhì)，存在雙折射，存在色散效應(yīng)。8/15/202353相位匹配問(wèn)題來(lái)源于材料的色散8/4/2023532.相位匹配方法1）利用晶體的雙折射特性來(lái)補(bǔ)償晶體的色散效應(yīng)；2)利用緩沖氣體提供必要地色散來(lái)實(shí)現(xiàn)相位匹配；3）可以利用鐵電材料中自發(fā)極化強(qiáng)度方向的周期變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)相位匹配。8/15/2023542.相位匹配方法1）利用晶體的雙折射特性來(lái)補(bǔ)償晶體的色散效1）角度相位匹配－臨界相位匹配：利用兩折射率面相交的相位匹配負(fù)單軸晶體KDP8/15/2023551）角度相位匹配－臨界相位匹配：負(fù)單軸晶體KDP8/4/20正單軸晶體石英8/15/202356正單軸晶體石英8/4/202356單軸晶體的相位匹配條件晶體種類第Ⅰ類相位匹配第Ⅱ類相位匹配偏振性質(zhì)相位匹配條件偏振性質(zhì)相位匹配條件正單軸晶體eeooeo負(fù)單軸晶體ooeeoe8/15/202357單軸晶體的相位匹配條件晶體種類第Ⅰ類相位匹配第Ⅱ類相位匹配偏第Ⅰ類相位匹配負(fù)單軸晶體正單軸晶體相位匹配角的計(jì)算8/15/202358第Ⅰ類相位匹配相位匹配角的計(jì)算8/4/202358第Ⅱ類相位匹配負(fù)單軸晶體正單軸晶體8/15/202359第Ⅱ類相位匹配8/4/202359非共線情況8/15/202360非共線情況8/4/202360影響相位匹配的幾個(gè)因素（1）離散效應(yīng)（WALKOFF）（2）光的發(fā)散角（3）入射光的譜線寬度（4）輸入光束的偏振（5）晶體的溫度及熱效應(yīng)8/15/202361影響相位匹配的幾個(gè)因素（1）離散效應(yīng)（WALKOFF）8/走離效應(yīng)（WALKOFF） 在晶體的臨界相位匹配過(guò)程中，基頻光波和倍頻光波的波矢方向是一致的。但是，由于e光的光線方向（能量傳播的方向）和波矢方向（波前傳播的方向）不一致，光波的光線存在走離角 若光束直徑為d，則當(dāng)倍頻光波走了距離后， 與基頻光波空間分離，無(wú)法繼續(xù)相互作用。 有效臨界長(zhǎng)度8/15/202362走離效應(yīng)（WALKOFF）8/4/202362臨界/非臨界相位匹配 當(dāng)入射光和晶軸的夾角偏離匹配角時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)失配。 若偏離很小時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很大的失配，則稱為臨界相位匹配； 若偏離很小時(shí)失配不明顯，則稱為非臨界相位匹配。8/15/202363臨界/非臨界相位匹配8/4/202363臨界相位匹配：非臨界相位匹配：8/15/202364臨界相位匹配：8/4/2023642）溫度相位匹配——非臨界相位匹配非臨界相位匹配：利用兩折射率面相切的相位匹配，與角度的偏離不甚敏感——90o匹配，是通過(guò)調(diào)節(jié)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。8/15/2023652）溫度相位匹配——非臨界相位匹配非臨界相位匹配：利用兩折90o匹配可消除離散效應(yīng)8/15/20236690o匹配可消除離散效應(yīng)8/4/2023663）準(zhǔn)相位匹配(Quasi-phase-matchedcondition)ee-e準(zhǔn)相位匹配：利用鐵電材料的特性，通過(guò)得到正負(fù)二階電極化率周期排列的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)相位匹配。8/15/2023673）準(zhǔn)相位匹配準(zhǔn)相位匹配：利用鐵電材料的特性，通過(guò)得到正PeriodicallypoledLiNbO3xz8/15/202368PeriodicallypoledLiNbO3xz8/4§4二階非線性光學(xué)效應(yīng)遠(yuǎn)離共振區(qū)，無(wú)吸收，無(wú)損耗。為實(shí)數(shù)，具有完全對(duì)易性和時(shí)間反演對(duì)稱性。介質(zhì)都是沒(méi)有反演對(duì)稱性。8/15/202369§4二階非線性光學(xué)效應(yīng)遠(yuǎn)離共振區(qū)，無(wú)吸收，無(wú)損耗。8/4/線性電光效應(yīng)光整流效應(yīng)參量過(guò)程（和頻、差頻）參量放大參量振蕩8/15/202370線性電光效應(yīng)8/4/202370§4.1線性電光效應(yīng)－普克爾(Pockler)光頻電場(chǎng)低頻或直流電場(chǎng)8/15/202371§4.1線性電光效應(yīng)－普克爾(Pockler)光頻電場(chǎng)8/15/2023728/4/2023721.折射率橢球幾何法8/15/2023731.折射率橢球幾何法8/4/2023738/15/2023748/4/202374以KDP晶體縱向運(yùn)用為例沿z軸（光軸）加電壓，8/15/202375以KDP晶體縱向運(yùn)用為例沿z軸（光軸）加電壓，8/4/2028/15/2023768/4/2023768/15/2023778/4/202377-8/15/202378-8/4/202378以ZnS橫向運(yùn)用為例8/15/202379以ZnS橫向運(yùn)用為例8/4/202379§4.2光學(xué)整流效應(yīng)光學(xué)整流效應(yīng)：一個(gè)光波通過(guò)非線性介質(zhì)時(shí)，由于二階非線性極化作用產(chǎn)生一個(gè)直流極化強(qiáng)度P0的現(xiàn)象。——反電光效應(yīng)8/15/202380§4.2光學(xué)整流效應(yīng)光學(xué)整流效應(yīng)：一個(gè)光波通過(guò)非線性介質(zhì)以KDP晶體中傳播為例8/15/202381以KDP晶體中傳播為例8/4/202381§4.3三波混頻、和頻及差頻的產(chǎn)生1.三波混頻的耦合方程組8/15/202382§4.3三波混頻、和頻及差頻的產(chǎn)生1.三波混頻的耦合8/15/2023838/4/2023832.曼利－羅（M-R）關(guān)系能流密度8/15/2023842.曼利－羅（M-R）關(guān)系能流密度8/4/202384在介質(zhì)中能量處處相等，能量與介質(zhì)無(wú)關(guān)，介質(zhì)僅為載體。8/15/202385在介質(zhì)中能量處處相等，能量與介質(zhì)無(wú)關(guān)，介質(zhì)僅為載體。8/4/曼利－羅（M-R）關(guān)系：光子流密度8/15/202386曼利－羅（M-R）關(guān)系：光子流密度8/4/202386和頻產(chǎn)生：頻率為和的激光束在非線性晶體中相互作用，產(chǎn)生非線性極化強(qiáng)度。該極化強(qiáng)度是振動(dòng)偶極矩的集合，起著頻率為的輻射源的作用。為了使能量有效地從頻率和的泵浦波轉(zhuǎn)移到頻率為的生成波，在和頻產(chǎn)生中必須滿足能量和動(dòng)量守恒，即：后一關(guān)系式指出，和頻輻射在由所確定的所謂相位匹配方向上能夠最有效地產(chǎn)生。

3.和頻的產(chǎn)生8/15/202387和頻產(chǎn)生：頻率為和的激光束在非線性晶體對(duì)具有高轉(zhuǎn)換效率的和頻產(chǎn)生來(lái)說(shuō)，一般滿足條件：1）耦合波是共線相位匹配；2)介質(zhì)幾乎無(wú)損耗；3)慢變振幅近似成立。光束質(zhì)量和晶體質(zhì)量的好壞也會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率。8/15/202388對(duì)具有高轉(zhuǎn)換效率的和頻產(chǎn)生來(lái)說(shuō)，一般滿足條件：光束質(zhì)量和晶體小信號(hào)近似理論處理8/15/202389小信號(hào)近似理論處理8/4/202389大信號(hào)理論處理8/15/202390大信號(hào)理論處理8/4/2023908/15/2023918/4/2023914.差頻的產(chǎn)生從理論上來(lái)說(shuō)，差頻產(chǎn)生和和頻產(chǎn)生沒(méi)有多大差別，但在技術(shù)上具有很大的重要性，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)能在紅外波段產(chǎn)生很強(qiáng)的相干可調(diào)諧輻射的方法。只是把介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的頻率變?yōu)椋簭慕獾谋磉_(dá)式中可看出，該紅外產(chǎn)生的效率是很低的，與輸出頻率的平方成正比。當(dāng)泵浦光束的直徑與遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)相近時(shí)，衍射就變得很重要，求解可看出，轉(zhuǎn)化效率與輸出頻率的四次方成正比，差頻產(chǎn)生的效率急劇下降。8/15/2023924.差頻的產(chǎn)生從理論上來(lái)說(shuō)，差頻產(chǎn)生和和頻小信號(hào)近似理論處理8/15/202393小信號(hào)近似理論處理8/4/202393大信號(hào)理論處理8/15/202394大信號(hào)理論處理8/4/202394諧波產(chǎn)生是光學(xué)混頻的一種特例。二次諧波產(chǎn)生的理論完全遵循和頻產(chǎn)生的理論，條件為：在具有反演對(duì)稱性的晶體中，二次諧波產(chǎn)生在電偶極矩近似下是禁止的，而三次諧波產(chǎn)生總是允許的。在可忽略泵浦場(chǎng)損耗的范圍內(nèi)，三次諧波產(chǎn)生的理論也和和頻理論類似。在實(shí)驗(yàn)上，可用兩塊非線性晶體串連起來(lái)構(gòu)成一個(gè)有效的三次諧波發(fā)生器?！?.4二次諧波的產(chǎn)生8/15/202395諧波產(chǎn)生是光學(xué)混頻的一種特例。二次諧波產(chǎn)生的理論完全遵循和頻8/15/2023968/4/2023968/15/2023978/4/2023978/15/2023988/4/2023988/15/2023998/4/2023998/15/20231008/4/2023100相位不匹配下小信號(hào)近似8/15/2023101相位不匹配下小信號(hào)近似8/4/2023101聚焦影響：有發(fā)散問(wèn)題吸收率存在，導(dǎo)致熱色散，dn/dT≠08/15/2023102聚焦影響：有發(fā)散問(wèn)題8/4/20231020I(w)I(2w)二次諧波的產(chǎn)生不存在閾值8/15/20231030高斯光束的二次諧波產(chǎn)生

（SHG-SecondHarmonicGeneration）徑8/15/2023104高斯光束的二次諧波產(chǎn)生

（SHG-SecondHarmon8/15/20231058/4/20231058/15/20231068/4/2023106§4.5有效非線性系數(shù)1.有效非線性極化率8/15/2023107§4.5有效非線性系數(shù)1.有效非線性極化率8/4/208/15/20231088/4/20231088/15/20231098/4/20231092.有效非線性光學(xué)系數(shù)8/15/20231102.有效非線性光學(xué)系數(shù)8/4/2023110二次諧波產(chǎn)生為例8/15/2023111二次諧波產(chǎn)生為例8/4/20231118/15/20231128/4/20231128/15/20231138/4/2023113eo－o8/15/2023114eo－o8/4/2023114oo－e8/15/2023115oo－e8/4/2023115oe－e8/15/2023116oe－e8/4/2023116以2m類KDP晶體為例8/15/2023117以2m類KDP晶體為例8/4/2023117為了有效產(chǎn)生二次諧波:1）應(yīng)選擇有效非線性系數(shù)大的材料；2）滿足相位匹配的，可通過(guò)調(diào)節(jié)光的傳播方向與晶軸之間的夾角來(lái)實(shí)現(xiàn)；3）還應(yīng)調(diào)整光在非線性介質(zhì)中傳播的方位角來(lái)得到最大的有效非線性光學(xué)系數(shù)。8/15/2023118為了有效產(chǎn)生二次諧波:8/4/2023118習(xí)題：1）3m對(duì)稱型LiNbO3晶體在oo-e相位匹配下的有效非線性光學(xué)系數(shù)；2）BBO晶體在第Ⅱ相位匹配的有效非線性光學(xué)系數(shù)8/15/2023119習(xí)題：8/4/2023119§4.6參量轉(zhuǎn)換參量上轉(zhuǎn)換：和頻參量下轉(zhuǎn)換：差頻參量轉(zhuǎn)換(Parametricconversion)：在非線性過(guò)程中，介質(zhì)本身不參與能量的凈轉(zhuǎn)換，但光波頻率可以發(fā)生轉(zhuǎn)換的過(guò)程。條件：相位匹配、（輔助腔）8/15/2023120§4.6參量轉(zhuǎn)換參量上轉(zhuǎn)換：和頻參量轉(zhuǎn)換(Parametr8/15/20231218/4/2023121參量下轉(zhuǎn)換8/15/2023122參量下轉(zhuǎn)換8/4/20231228/15/20231238/4/20231238/15/20231248/4/2023124相位匹配:8/15/2023125相位匹配:8/4/2023125參量上轉(zhuǎn)換8/15/2023126參量上轉(zhuǎn)換8/4/20231268/15/20231278/4/2023127參量放大(OpticalParametricAmplifier，OPA)：是一個(gè)差頻產(chǎn)生的的三波混頻過(guò)程，對(duì)信號(hào)波和空閑波（閑頻光）同時(shí)放大的過(guò)程。特點(diǎn)：沒(méi)泵浦閾值?！?.7參量放大和振蕩參量振蕩(OpticalParametricOscillation,OPO)：是一個(gè)和頻的逆過(guò)程，對(duì)信號(hào)波和閑置波同時(shí)放大的過(guò)程。特點(diǎn)：有泵浦閾值。8/15/2023128參量放大(OpticalParametricAmplif一、參量放大8/15/2023129一、參量放大8/4/20231298/15/20231308/4/2023130參量發(fā)生器：是和頻產(chǎn)生的逆過(guò)程，在非線性光學(xué)晶體內(nèi)，認(rèn)為是用單個(gè)泵浦光束通過(guò)三波相互作用，對(duì)信號(hào)波和空閑波同時(shí)放大的過(guò)程。但閾值較高。手段：強(qiáng)度高的多的泵浦光束或采用微微秒脈沖，可以避免對(duì)晶體的光學(xué)損傷。二、參量發(fā)生器OPG

(opticalparametricgeneration)8/15/2023131參量發(fā)生器：是和頻產(chǎn)生的逆過(guò)程，在非線性光學(xué)晶體內(nèi)，認(rèn)為是用參量振蕩：由放在光學(xué)諧振腔內(nèi)的非線性光學(xué)晶體組成，可以提高參量放大的總增益，但閾值較高。是和頻產(chǎn)生的逆過(guò)程，認(rèn)為是用單個(gè)泵浦光束通過(guò)三波相互作用，對(duì)信號(hào)波和閑置波同時(shí)放大的過(guò)程。手段：采用光學(xué)諧振腔來(lái)增加有效長(zhǎng)度，利用強(qiáng)度高的多的泵浦光束或或采用微微秒脈沖，可以避免對(duì)晶體的光學(xué)損傷。三、參量振蕩OPO

(opticalparametricoscillation)8/15/2023132參量振蕩：由放在光學(xué)諧振腔內(nèi)的非線性光學(xué)晶體組成，可以提高參激光振蕩條件：8/15/2023133激光振蕩條件：8/4/20231338/15/20231348/4/20231348/15/20231358/4/20231351.閾值條件8/15/20231361.閾值條件8/4/2023136雙共振諧振腔單共振諧振腔8/15/2023137雙共振諧振腔單共振諧振腔8/4/2023137 雙共振（DRO）： 單共振（SRO）：振蕩閾值 雙共振： 單共振：2.雙共振參量振蕩器與單共振參量振蕩器8/15/20231382.雙共振參量振蕩器與單共振參量振蕩器8/4/2023138 雙共振： 頻率與腔長(zhǎng)的關(guān)系 單次往返的相位 腔長(zhǎng)變化3.頻率穩(wěn)定性8/15/2023139 雙共振：3.頻率穩(wěn)定性8/4/2023139 單共振： 頻率與腔長(zhǎng)的關(guān)系 單次往返的相位8/15/2023140 單共振：8/4/20231404.相位匹配及頻率調(diào)諧1)相位匹配 能量守恒、動(dòng)量守恒 正常色散介質(zhì)

各向異性介質(zhì)中的雙折射8/15/20231414.相位匹配及頻率調(diào)諧1)相位匹配8/4/2023141角度調(diào)諧2)頻率調(diào)諧當(dāng)入射角度發(fā)生小角度變化時(shí)其參量光輸出發(fā)生相應(yīng)變化此時(shí)相位匹配關(guān)系為8/15/2023142角度調(diào)諧2)頻率調(diào)諧當(dāng)入射角度發(fā)生小角度變化時(shí)8/4/20 又 得：8/15/20231438/4/2023143倍頻的調(diào)諧角度8/15/2023144倍頻的調(diào)諧角度8/4/2023144溫度調(diào)諧 折射率是波長(zhǎng)/頻率、片震、溫度的函數(shù)。 設(shè)泵浦光頻率固定，入射角度固定，當(dāng)溫度為T(mén)時(shí)，輸出參量光為 當(dāng)溫度發(fā)生微小變化時(shí) 輸出參量光變?yōu)榉呛?jiǎn)并情形8/15/2023145溫度調(diào)諧8/4/2023145 得：簡(jiǎn)并情形8/15/2023146 得：8/4/2023146 考慮允許微小的相位失配 泵浦光頻率固定時(shí)，完全相位匹配的參量光為 小量失配允許的參量光為5.帶寬8/15/2023147 考慮允許微小的相位失配5.帶寬8/4/2023147簡(jiǎn)并8/15/2023148簡(jiǎn)并8/4/2023148§5三階非線性光學(xué)效應(yīng)普遍性：在任何材料中都可能發(fā)生。非線性光學(xué)過(guò)程：分類：1、參量過(guò)程----光與介質(zhì)相互作用后，介質(zhì)仍回到初態(tài)，能量只在光場(chǎng)與光場(chǎng)之間轉(zhuǎn)移。2、非參量過(guò)程----介質(zhì)在與光場(chǎng)相互作用后的終態(tài)與初態(tài)不同了，發(fā)生了光場(chǎng)與介質(zhì)間的能量轉(zhuǎn)移。8/15/2023149§5三階非線性光學(xué)效應(yīng)普遍性：在任何材料中都可能發(fā)生。8/一些重要的三階非線性光學(xué)效應(yīng)：1、光感應(yīng)折射率改變及其相關(guān)效應(yīng)（自聚焦、光Kerr效應(yīng)）。2、三倍頻(THG)。3、四波混頻(FWM)。4、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)。（以上均為參量過(guò)程）5、受激拉曼散射(SRS)、受激布里淵散射(SBS)。6、雙光子吸收(TPA)。7、飽和吸收(SA)。（5、6、7均為非參量過(guò)程）8/15/2023150一些重要的三階非線性光學(xué)效應(yīng)：8/4/2023150克爾效應(yīng)§5.1光克爾效應(yīng)（KerrEffect）與自聚焦現(xiàn)象8/15/2023151克爾效應(yīng)§5.1光克爾效應(yīng)（KerrEffect）與自聚焦光克爾效應(yīng)-----光感應(yīng)折射率8/15/2023152光克爾效應(yīng)-----光感應(yīng)折射率8/4/2023152克爾常數(shù)：8/15/2023153克爾常數(shù)：8/4/2023153感應(yīng)的折射率與感應(yīng)極化率的關(guān)系式：8/15/2023154感應(yīng)的折射率與感應(yīng)極化率的關(guān)系式：8/4/2023154光場(chǎng)感應(yīng)的雙折射能改變?cè)诮橘|(zhì)中傳播的光束的偏振。假設(shè)在各向同性介質(zhì)中，感應(yīng)的線性雙折射是。當(dāng)頻率為的探測(cè)場(chǎng)通過(guò)長(zhǎng)度為l的介質(zhì)后，它的x和y分量經(jīng)受到一個(gè)相對(duì)相差：這一相差改變了探測(cè)光束的偏振態(tài)。8/15/2023155光場(chǎng)感應(yīng)的雙折射能改變?cè)诮橘|(zhì)中傳播的光束的偏振。假設(shè)在各向同8/15/20231568/4/2023156一束有足夠強(qiáng)度的激光束能夠使介質(zhì)的折射率發(fā)生明顯的變化，這種折射率的變化反過(guò)來(lái)又影響光束在該介質(zhì)中的傳播，從而導(dǎo)致一類在性質(zhì)上不同于光學(xué)混頻或波的非線性衰減的新的非線性效應(yīng)。感應(yīng)的折射率與感應(yīng)極化率的關(guān)系式：光場(chǎng)感應(yīng)的雙折射

8/15/2023157一束有足夠強(qiáng)度的激光束能夠使介質(zhì)的折射率發(fā)生明強(qiáng)光引起折射率變化的物理機(jī)制：（1）原子或分子中的電子云畸變（2）與極性分子取向有關(guān)的高頻克爾效應(yīng)（3）分子感應(yīng)偶極矩之間相互作用引起的分子重新分布（4）電致伸縮效應(yīng)

（5）光-熱效應(yīng)

8/15/2023158強(qiáng)光引起折射率變化的物理機(jī)制：（1）原子或分子中的電子云畸機(jī)理非線性折射率系數(shù)n2m2/v2）響應(yīng)時(shí)間

（s）電子云畸變10-22～10-2310-13光克爾效應(yīng)10-20～10-2110-11～10-12.分子再分布10-21～10-222×10-13電致伸縮效應(yīng)10-20～10-2110-8～10-9熱效應(yīng)10-13～10-141～0.1

光致折射率變化的機(jī)理、非線性折射率系數(shù)及響應(yīng)時(shí)間8/15/2023159機(jī)理非線性折射率系數(shù)n2m2/v2）響應(yīng)時(shí)間（

自聚焦是一種感應(yīng)的透鏡效應(yīng)，這是由于光束在非線性介質(zhì)中傳播時(shí)，光束使光束本身遭受到一個(gè)波前畸變而引起的。如果光場(chǎng)感應(yīng)的折射率變化是正的，具有較高強(qiáng)度的光束中心部分所經(jīng)受到的折射率應(yīng)比其邊緣部分所經(jīng)受到的折射率大，因此，光束中心部分傳播的速度比邊緣部分的低，從而，當(dāng)光束在介質(zhì)中傳播時(shí)，光束原來(lái)的平面波前逐漸地畸變得越來(lái)越厲害。這種畸變類似于由一個(gè)正透鏡強(qiáng)加于光束的畸變。由于光線是沿與波前垂直的方向傳播的，所以光束就象被自己所聚焦。

自聚焦8/15/2023160自聚焦是一種感應(yīng)的透鏡效應(yīng)，這是由于光束在非線導(dǎo)致在非線性介質(zhì)內(nèi)自聚焦的激光光束波前畸變的示意圖8/15/2023161導(dǎo)致在非線性介質(zhì)內(nèi)自聚焦8/4/2023161條件：僅當(dāng)自聚焦強(qiáng)于衍射(反比于光束半徑的平方)。現(xiàn)象：光束分裂成一些很強(qiáng)很細(xì)的細(xì)絲。多路細(xì)絲是輸入光束中多模結(jié)構(gòu)的結(jié)果，而單模的輸入激光實(shí)際上只在光束軸線上產(chǎn)生一條細(xì)絲。該細(xì)絲對(duì)應(yīng)著運(yùn)動(dòng)焦點(diǎn)的軌跡，其直徑對(duì)應(yīng)著焦點(diǎn)的直徑，而細(xì)絲強(qiáng)度對(duì)應(yīng)著聚焦區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)度。產(chǎn)生機(jī)理：電致伸縮自聚焦、密度起伏自聚焦等。特別是在吸收介質(zhì)中，由于介質(zhì)通過(guò)光吸收而被加熱引起一個(gè)正的：如果溫度上升使增大，且為正值，則可能產(chǎn)生自聚焦，即稱為熱自聚焦。8/15/2023162條件：僅當(dāng)自聚焦強(qiáng)于衍射(反比于光束半徑的平方)。8/4/用運(yùn)動(dòng)焦點(diǎn)圖象解釋受激布里淵散射等非線性現(xiàn)象：當(dāng)激光功率大大超過(guò)自聚焦閾值時(shí)，自聚焦引起的運(yùn)動(dòng)的焦點(diǎn)會(huì)激發(fā)后向布里淵散射。該后向受激布里淵散射與剩余的入射激光相交，因而被有效放大，并消耗入射激光的功率。通過(guò)自身調(diào)節(jié)，后向受激布里淵散射使透射的激光功率剛好保持在自聚焦的閾值之下，運(yùn)動(dòng)的焦點(diǎn)或細(xì)絲也就被終止了。因此，后向受激布里淵散射輸出是以一個(gè)很強(qiáng)的毫微秒脈沖的形式出現(xiàn)。8/15/2023163用運(yùn)動(dòng)焦點(diǎn)圖象解釋受激布里淵散射等非線性現(xiàn)象：8/4/202如果折射率隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)而減小，就有可能發(fā)生自散焦現(xiàn)象。從物理上來(lái)看，自散焦類似于自聚焦，差別是波前畸變被倒轉(zhuǎn)了。然而，與自聚焦不同的是，此時(shí)光束的衍射總是平緩的。更一般地說(shuō)，這種現(xiàn)象發(fā)生在具有的吸收介質(zhì)中，激光引起的熱效應(yīng)所產(chǎn)生的自散焦稱為熱自散焦。自散焦8/15/2023164如果折射率隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)而減小，就有可能發(fā)生自散焦現(xiàn)象。從物光束的自陷當(dāng)輸入光束的自聚焦作用與衍射作用正好抵消時(shí)，光束會(huì)在介質(zhì)中傳播一段很長(zhǎng)的距離而其直徑無(wú)任何變化。但它不是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，吸收或散射引起激光功率的任何很小的衰減就可破壞自聚焦和衍射之間的平衡。8/15/2023165光束的自陷8/4/2023165從細(xì)絲區(qū)發(fā)射出來(lái)的光呈現(xiàn)出很強(qiáng)的譜加寬。從細(xì)絲輸出的光束有一個(gè)自相位調(diào)制及其相應(yīng)的頻率調(diào)制：

自相位調(diào)制8/15/2023166從細(xì)絲區(qū)發(fā)射出來(lái)的光呈現(xiàn)出很強(qiáng)的譜加寬。從細(xì)絲輸出的光束有一當(dāng)光的群速度通過(guò)感應(yīng)的而依賴于光強(qiáng)時(shí)，就可能出現(xiàn)脈沖的自突陡。如果是正的，脈沖峰值處折射率大，光速變慢，而在后沿處光強(qiáng)逐漸下降，光速逐漸增大，以致后面部分的光“趕上”前面部分的光，造成光脈沖后沿變陡的現(xiàn)象。如果為負(fù)值，相反可能會(huì)導(dǎo)致脈沖的前沿變陡的現(xiàn)象。

自突陡8/15/2023167當(dāng)光的群速度通過(guò)感應(yīng)的而依賴于光強(qiáng)時(shí)，就可能出現(xiàn)脈沖的8/15/20231688/4/2023168Z-SCAN實(shí)驗(yàn)裝置--n28/15/2023169Z-SCAN實(shí)驗(yàn)裝置--n28/4/20231698/15/20231708/4/20231708/15/20231718/4/2023171§5.2三次諧波產(chǎn)生

（ThirdHarmonicGeneration-THD）無(wú)論是中心對(duì)稱或各向同性介質(zhì)，均可能存在的三次諧波，來(lái)源于

的三階極化。8/15/2023172§5.2三次諧波產(chǎn)生

（ThirdHarmonicGe1、耦合波方程求解8/15/20231731、耦合波方程求解8/4/20231738/15/20231748/4/2023174小信號(hào)近似：8/15/2023175小信號(hào)近似：8/4/20231751）參量過(guò)程THG：2）非參量過(guò)程SRS等：8/15/20231761）參量過(guò)程THG：8/4/20231762、實(shí)現(xiàn)三次諧波的介質(zhì)I.晶體：

(1)晶體中的激光損傷強(qiáng)度閾值較低，無(wú)法使用高強(qiáng)度的入射激光。(2)晶體中的雙折射特性難以實(shí)現(xiàn)三次諧波所要求的位相匹配。8/15/20231772、實(shí)現(xiàn)三次諧波的介質(zhì)8/4/2023177

所以，一般難以在晶體中直接實(shí)現(xiàn)三次諧波(THG)，方解石是目前唯一能直接實(shí)現(xiàn)THG相位匹配的晶體。目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在4mm長(zhǎng)方解石晶體中以的轉(zhuǎn)換效率得到了三次諧波輸出。

II.氣體、原子蒸汽（惰性氣體He,Xe,Kr等；堿金屬、堿土金屬蒸汽Na,Rb,Cs,Ti,Ca,Hg等）（1）尖銳的吸收線----共振增強(qiáng)效應(yīng)顯著。（2）激光損傷強(qiáng)度閾值比晶體中高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可以采用高強(qiáng)度的入射激光場(chǎng)。（3）氣體大多有很寬的透明范圍（20nm~可見(jiàn)、紅外區(qū)）所以，在高強(qiáng)度激光作用下，氣體中的三階極化強(qiáng)度可以和晶體中的二階極化強(qiáng)度相比擬，特別適合用來(lái)產(chǎn)生XUV(20nm~100nm)和VUV(100nm~200nm)波段的相干輻射。8/15/2023178所以，一般難以在晶體中直接實(shí)現(xiàn)三次諧波§5.3四波混頻

(Four-waveMixing)E1E2E3E1E3E2E1Ei(0)Ei(L)Es(L)Es(0)E2EsEs=E3光源的頻率擴(kuò)展到紅外和紫外；簡(jiǎn)并情況可適用于自適應(yīng)光學(xué)中的波前再現(xiàn)；研究材料性質(zhì)的分析工具。8/15/2023179§5.3四波混頻

(Four-waveMixing)E1E1E2E3Es8/15/2023180E1Es8/4/2023180E1Ei(0)Es(0)E2E1Ei(L)Es(L)E28/15/2023181E1Es(0)E1Ei(L)8/4/2023181討論:（1）四波混頻的相位匹配條件，一般也是通過(guò)正、反常色散氣體按比例混合而實(shí)現(xiàn)的。（2）四波混頻由于有三個(gè)頻率，所以往往可以實(shí)現(xiàn)雙重或者三重共振增強(qiáng)。8/15/2023182討論:（1）四波混頻的相位匹配條件對(duì)于各向同性介質(zhì)，感應(yīng)的三階非線性極化強(qiáng)度的矢量形式可寫(xiě)為：式中每一項(xiàng)都表示兩個(gè)場(chǎng)干涉在介質(zhì)中形成體光柵，這個(gè)光柵用第三個(gè)場(chǎng)讀出。為了在介質(zhì)中形成光柵，要求兩個(gè)場(chǎng)的點(diǎn)積不為零，即要求和波的偏振應(yīng)有一定重疊。簡(jiǎn)并四波混頻8/15/2023183對(duì)于各向同性介質(zhì)，感應(yīng)的三階非線性極化強(qiáng)度的矢量形式可四波混頻的光柵解釋8/15/2023184四波混頻的光柵解釋8/4/2023184四波混頻是利用介質(zhì)的三階非線性光學(xué)效應(yīng)，實(shí)質(zhì)上就是非線性介質(zhì)在三個(gè)相干光波場(chǎng)作用下產(chǎn)生第四個(gè)光波場(chǎng)的作用過(guò)程。簡(jiǎn)并四波混頻就是參與混頻的各個(gè)波的頻率相同。

簡(jiǎn)并四波混頻過(guò)程8/15/2023185四波混頻是利用介質(zhì)的三階非線性光學(xué)效應(yīng)，實(shí)質(zhì)上就是非線性介質(zhì)8/15/20231868/4/2023186小信號(hào)近似8/15/2023187小信號(hào)近似8/4/2023187討論8/15/2023188討論8/4/20231888/15/20231898/4/2023189在雙光子吸收過(guò)程中，同時(shí)吸收兩個(gè)光子來(lái)激發(fā)物質(zhì)系統(tǒng)。由于它是一種高階過(guò)程，故雙光子吸收截面常常比單光子吸收截面小許多個(gè)數(shù)量級(jí)。雙光子吸收已成為一個(gè)很有價(jià)值的光譜技術(shù)，作為對(duì)線性吸收光譜學(xué)技術(shù)的補(bǔ)充。同樣，也可把雙光子吸收當(dāng)作波的混頻過(guò)程來(lái)處理，在這個(gè)過(guò)程中頻率為和兩個(gè)光波共同激發(fā)出物質(zhì)激發(fā)波。

§5.4雙光子吸收

(Two-photonAbsorption)8/15/2023190在雙光子吸收過(guò)程中，同時(shí)吸收兩個(gè)光子來(lái)激發(fā)物質(zhì)系統(tǒng)。E2E1w1+w2=w0雙光子吸收原理圖8/15/2023191E2w1+w2=w0雙光子吸收原理圖8/4/2023191條件：介質(zhì)中無(wú)二階非線性效應(yīng)，或混頻不滿足相位匹配條件該過(guò)程不需要考慮相位匹配問(wèn)題，是個(gè)非參量過(guò)程。8/15/2023192條件：介質(zhì)中無(wú)二階非線性效應(yīng)，或混頻不滿足相位匹配條件該過(guò)程8/15/20231938/4/2023193該過(guò)程中，X(3)的實(shí)部和虛部有不同的物理意義?？梢韵嗥绽兆V線加寬效應(yīng)：8/15/2023194該過(guò)程中，X(3)的實(shí)部和虛部有不同的物理意義。8/4/20參量過(guò)程和非參量過(guò)程的特點(diǎn)

參量過(guò)程非參量過(guò)程

1）非線性介質(zhì)原子保持原始狀態(tài)末態(tài)和始態(tài)不同2）介質(zhì)只起到媒介的作用介質(zhì)參與非線性過(guò)程3）輻射場(chǎng)與激勵(lì)場(chǎng)模不同可能為受激發(fā)射過(guò)程4）輻射場(chǎng)與X(3)的模有關(guān)實(shí)部和虛部分開(kāi)討論8/15/2023195參量過(guò)程和非參量過(guò)程的特點(diǎn)參量過(guò)程§5.5受激散射效應(yīng)散射現(xiàn)象主要是由介質(zhì)不均勻引起的。產(chǎn)生介質(zhì)不均勻性的原因多種多樣。在受激布里淵散射中，它是電致伸縮效應(yīng)引起的；在受激喇曼散射中則是由分子內(nèi)部的振動(dòng)所引起的。當(dāng)泵浦激光強(qiáng)度足夠高時(shí)，所有這些自發(fā)的光散射過(guò)程都可能變成受激過(guò)程。8/15/2023196§5.5受激散射效應(yīng)散射現(xiàn)象主要是由介質(zhì)不受激拉曼散射

（StimulatedRamanScattering-SRS）8/15/2023197受激拉曼散射

（Stimulat受激拉曼散射特點(diǎn)1）閾值2）方向性好3）單色性好4）高強(qiáng)度5）SRS隨時(shí)間的變化特性與入射激光類似受激散射光是相干輻射光8/15/2023198受激拉曼散射特點(diǎn)1）閾值8/4/2023198SRS產(chǎn)生機(jī)理8/15/2023199SRS產(chǎn)生機(jī)理8/4/2023199SRS過(guò)程的理論分析SRS過(guò)程中，輻射場(chǎng)的兩個(gè)頻率分量的差接近于介質(zhì)的一個(gè)躍遷頻率。則耦合波方程：8/15/2023200SRS過(guò)程的理論分析SRS過(guò)程中，輻射場(chǎng)的兩個(gè)頻率分量的差接8/15/20232018/4/2023201SRS的多重譜線特性BsAs4As3As2As1

v0Aas1Aas2Aas3Bas8/15/2023202SRS的多重譜線特性BsAs4產(chǎn)生原因：分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)引起的頻移量一般在102－103量級(jí)上8/15/2023203產(chǎn)生原因：分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)引起的頻移量一般在102－103量級(jí)受激布里淵散射SBS

（StimulatedBrillouinScattering）受激布里淵散射是入射的強(qiáng)激光光場(chǎng)與介質(zhì)的電致伸縮產(chǎn)生的彈性聲波場(chǎng)耦合的結(jié)果。受激布里淵散射過(guò)程中的彈性聲波場(chǎng)是在強(qiáng)激光的作用下，介質(zhì)通過(guò)電致伸縮效應(yīng)而產(chǎn)生的。這是一種相干的聲波場(chǎng)，它與入射激光耦合而產(chǎn)生受激布里淵散射的相干輻射。頻移量較小，一般小于1cm-1.8/15/2023204受激布里淵散射SBS

（StimulatedBrillou受激布里淵散射的基本理論

（1）強(qiáng)光作用下介質(zhì)的聲波場(chǎng)方程方程是存在電致伸縮效應(yīng)情況下，介質(zhì)內(nèi)彈性聲波場(chǎng)運(yùn)動(dòng)所引起的介質(zhì)密度隨空間和時(shí)間的起伏變化所滿足的波動(dòng)方程。方程式右邊表示外界入射光場(chǎng)所產(chǎn)生的電致伸縮效應(yīng)的貢獻(xiàn)，只有當(dāng)光波場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值足夠高時(shí)，這一效應(yīng)的貢獻(xiàn)才能開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)。8/15/2023205受激布里淵散射的基本理論（1）強(qiáng)光作用下介質(zhì)的聲波場(chǎng)方程8（2）存在彈性光學(xué)效應(yīng)時(shí)的電磁場(chǎng)方程這表征介質(zhì)內(nèi)存在著彈性光學(xué)效應(yīng)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度E所滿足的基本方程，即光波傳播的波動(dòng)方程。8/15/2023206（2）存在彈性光學(xué)效應(yīng)時(shí)的電磁場(chǎng)方程8/4/2023206（3）受激布里淵散射過(guò)程的耦合波方程組：這是有關(guān)受激布里淵散射過(guò)程理論分析的基本方程。其中第一個(gè)方程右端一項(xiàng)表示在電場(chǎng)作用下電致伸縮效應(yīng)對(duì)介質(zhì)聲波場(chǎng)的貢獻(xiàn)；而第二個(gè)方程右端一項(xiàng)則表示在聲波場(chǎng)作用下通過(guò)彈性光學(xué)效應(yīng)對(duì)介質(zhì)內(nèi)電場(chǎng)的影響。8/15/2023207（3）受激布里淵散射過(guò)程的耦合波方程組：8/4/202320受激熱布里淵散射和受激熱瑞利散射因光吸收引起的加熱效應(yīng)所產(chǎn)生光散射被稱為熱光散射。強(qiáng)光作用下，密度起伏和溫度起伏的運(yùn)動(dòng)方程：8/15/2023208受激熱布里淵散射和受激熱瑞利散射因光吸收引起將代入電磁場(chǎng)方程中，三個(gè)方程一起描述了受激熱散射。8/15/2023209將代入電磁場(chǎng)方程中，三個(gè)方程一起描述了受激熱散射。8/4/2實(shí)驗(yàn)裝置8/15/2023210實(shí)驗(yàn)裝置8/4/2023210瞬態(tài)相干光學(xué)效應(yīng)瞬態(tài)光學(xué)相干作用—短激光脈沖與共振介質(zhì)相互作用的過(guò)程8/15/2023211瞬態(tài)相干光學(xué)效應(yīng)瞬態(tài)光學(xué)相干作用—短激光脈沖與共振介質(zhì)相互作8/15/20232128/4/2023212光學(xué)布洛赫方程8/15/2023213光學(xué)布洛赫方程8/4/2023213拉比振蕩反轉(zhuǎn)集居數(shù)－w隨時(shí)間而周期性地振蕩光學(xué)章動(dòng)－當(dāng)脈沖前沿很陡的激光脈沖照射二能級(jí)系統(tǒng)的原子或分子，原子交替地吸收和再發(fā)射出激光，經(jīng)過(guò)一段有限的馳豫振蕩后過(guò)渡到穩(wěn)定狀態(tài)8/15/2023214