非线性光学的发展历史.ppt

非线性光学 线性光学与非线性光学 激光问世之前，光学研究的基本前提是： 介质的极化强度与光波的电场强度成正比； 光束在介质中传播时，介质光学性质的极化率/折射率是与光强无关的常量； 光波独立传播。 在上述条件下研究光学问题称为线性光学。 线性光学与非线性光学 线性光学与非线性光学 对很强的激光，光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟，媒质极化强度不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致线性光学中不明显的许多新现象－非线性光学效应。 线性光学与非线性光学 非线性光学的发展历史 1906年泡克耳斯发现线性电光效应； 1929年克尔发现二次电光效应。 由于缺乏光学频段非线性研究的必要条件，光学非线性的研究一直停滞不前。 非线性光学发展成为今天这样一门重要学科，应该说是从激光出现后才开始的。 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展大致经历了三个不同的时期 1961～1965年：非线性光学效应大量而迅速地出现： 光学谐波、光学和频与差频、光学参量放大与振荡、多光子吸收、光束自聚焦以及受激光散射等。 1965～1969年：继续发现新的非线性光学效应：非线性光谱方面的效应、各种瞬态相干效应、光致击穿等；对已发现的效应进行更深入的了解，并发展各种非线性光学器件。 1970年代至今：非线性光学日趋成熟，特点： 从固体非线性效应为主的研究扩展到包括气体、原子蒸气、液体、固体以至液晶的非线性效应研究； 由二阶非线性效应为主的研究发展到三阶、五阶以至更高阶效应的研究； 由一般非线性效应发展到共振非线性效应的研究； 就时间范畴而言，则由纳秒进入皮秒、飞秒领域。 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 在受激拉曼散射的启示下，受激布里渊散射，受激瑞利散射等也被观察到。 非线性光学的发展历史 布隆姆贝根是非线性光学理论的奠基人。他提出了一个能够描述液体、半导体和金属等物质的许多非线性光学现象的一般理论框架。他和他的学派在以下三个方面为非线性光学奠定了理论基础： 物质对光波场的非线性响应及其描述方法； 光波之间以及光波与物质激发之间相互作用的理论； 光通过界面时的非线性反射和折射的理论。 非线性光学的发展历史 理论和实验相结合，一系列三阶非线性光学效应也相继发现。而且还发现： 只要有足够的光强，三阶非线性效应存在于所有的介质中。 1962年，Askaryan在理论上提出了实现自聚焦的可能性，1964年被实验所验证。 70年代初，光学克尔效应得到实验验证。 1976年，观察到由于折射率随光强变化产生的光学双稳态效应，从而开始了无论在物理上还是在应用上都是十分重要的非线性光学研究的一个分支：光学双稳态的研究。 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 70年代中期发现利用四波混频可以实现相位共轭，这是非线性光学中一个重要的发现。 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 各种相干瞬态光学效应作为非线性光学的另一类，也在60及70年代初相继提出和实现。 64年预言并观察到光子回波； 67年发现了光学自感应透明； 69年预言并观测到光学章动； 72年观察到光学自由感应衰减。 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 非线性光学的发展历史 70年代开始非线性光学的应用研究：一方面给非线性光学注入了持续发展的动力；另一方面研究成果进一步丰富了非线性光学的内容。 扩展相干光源 倍频、和频、多倍频：蓝光、紫光、紫外光 差频：红外激光 参量振荡：可见光、近红外、红外、远红外可调谐激光器 受激Raman散射、四波混频、参量振荡（气体）：紫外光、真空紫外光可调谐激光器 非线性光学的发展历史 相位共轭技术 四波混频、受激Brillouin散射 消除光束传播过程中的相位畸变，提高成像质量 消除激光器内元件的畸变及热效应，改善激光输出质量 光计算、光通信及光电子技术 光学逻辑器件（与、非、或、与非） 光调制器（半导体中的非线性等） 光存储器（光子回波时域相干光子存储 ） 光纤通信、光孤子、光学压缩态 非线性光学的发展历史 光谱与物质研究中的非线性光学方法（ 开创者：Bloembergen、肖洛－激光光谱，1981年诺贝尔物理学奖 ） 饱和吸收光谱 双光子吸收光谱 相干瞬态光谱 四波混频光谱 表面与表面吸收的探测 非线性光学的发展历史 我国非线性光学晶体材料处于国际领先地位，其中BBO和LBO两种晶体为我国所发现并批量生长，它们性能优良，开创了激光紫外倍频的新纪元 。 世界上第一个“中国牌”的非线性