非线性光学考试知识答案

1 说出电极化率的 4 种对易对称性，并说明满足的条件

本征对易对称性（不需要任何条件）、完全对易对称性（介质无耗）、时间反演对称性（介质无耗）、空间对称性χ（1）是对称张量（介质无耗）；

2 说出下式的物理意义：

表示由频率为ωm ，场振动方向为x 方向的场分量E x (ωm )，频率为

ωn 、场振动方向为y 方向的场分量E y (ωn )以及频率为ωl ，场振动方向为z 方向的场分量E z (ω1 )三者间的非线性相互作用所引起的在x 方向上的三阶非线性电极化强度的一个分量。

3 对于二次谐波和三次谐波，相干长度的物理意义参量过程中的位相匹配有和物理意义

举例说明两种实现位相匹配

的方法

1）Lc 物理意义: 三次谐波强度第一次达到其最大值的路程长度，典型值为1～100mm.如K=0，Lc 为无穷大。

2) 位相匹配的物理意义：在位相匹配条件下，二次谐波和三次谐波等非线性效应产生过程效率会大到最高，相应的位相不匹配条件下，产生效率会大大降低。

(3)0(,,)()()()exp[()]

xxyz m n l x m y n z l m n l E E E i t εχωωωωωωωωω-++

3）利用晶体的双折射特性补偿晶体的色散效应，实现相位匹配。 在气体工作物质中，利用缓冲气体提供必要的色散，实现相 位匹配。

4 为什么参量振荡器能够产生连续输出频率，而激光器只能输出单个频率

能量守恒 ω3=ω1+ω2 动量守恒 n 3ω3=n 1ω1+n 2ω2

改变温度、角度(对非常光)、电场、压力等可改变晶体的折射率，从而改变参量振荡器的输出频率

1，2。因此参量振荡器可实现

连续调谐。

而激光振荡器是利用原子跃迁的机理工作的，不能连续调谐。这是

参量振荡器和激光振荡器的区别

5 在拉曼散射中，为何观察不到高阶斯托克斯散射在受激拉曼散射中，高阶斯托克斯散射 光却较强高阶斯托克斯光的散射角有什么变化规律 由

p ，s 非线性作用产生。如一级反斯托克斯散射光s =p +v = p + p - s 由p , p , s 通过三阶非线性产生。

代入上式，一级反斯托克斯散射光只有满足相位匹配条件： 时才能有效地产生。 高阶斯托克斯光散射角变化规律：斯托克斯散射光都是沿着与入射(3)'(3)0(,)3(,)()()()s p p s p p s r ωεωωωωωω=-P a a a χ(,)(,)(,)exp[(2)]*p p s p s E r E r E r i ωωω⨯-⋅K K r 10

1p s s ∆--='K =2K K K

光方向成θ角的圆锥角射出，其波矢均满足一定的矢量关系，所以斯托克斯光都将相对于kp 以一定的角度发射。

6 解释强脉冲通过介质时的自变陡现象

光脉冲的自变陡现象：峰值处n 上升，光速下降，而在后沿光强下降，n 下降，光速逐渐变大，以至脉冲后面部分的光“赶上”

前面部分的光，造成光脉冲后沿变陡。

7 你知道哪几种散射效应，都有什么特点

拉曼散射、布里渊散射、受激拉曼散射、受激布里渊散射，瑞利散射五种散射效应

受激拉曼散射：

强激光照射某些介质时，在一定的条件下，散射光具有受激的性质。

@ 特点：相干辐射；强。

(a)明显的阈值性：即只有当入射激光束的光强或功率密度超过

一定激励阈值后，才能产生受激喇曼散射效应。

(b)明显的定向性：即当入射激光超过一定的阀值后，散射光束

的空间发散角明显变小，可达到与入射激光相近的发散角。

(c)高单色性：当超过一定的激励阈值后，散射光谱的宽度明显

变窄，可达到与入射激光单色性相当或更窄的程度。

(d)高强度性：受激喇曼散射光强或功率可以达到与入射激光束相比拟的程度(60~70%).

(e)随时间的变化特性：与入射激光随时问变化的特性相类似，

受激散射光脉冲时间可远短于入射激光脉冲的持续时间 。 受激布里渊散射

① 方向：声波和散射光波沿着特定方向----声波与强光波场

的方向相同，散射光1与强光波场p 的方向相反(此时，增益最大)。 ② SBS 有阈值性(与受激拉曼散射相同)。

③ 受激布里渊散射也是非参量过程。SBS 同样可通过耦合波理论

获得, 仿照SRS 的写法, 有：

瑞利散射

瑞利散射是指散射粒子线度比波长小得多的粒子对光波的散射，其特点：

1、散射光强与入射波长的四次方成反比；

2、散射光强随观察方向而变，在不同的观察方向上，散射光强不同；

3、散射光具有偏振性，其偏振程度决定于散射光与偶极矩方向的夹角。

瑞利散射规律适用于微粒线度在十分之一波长以下的极小微粒。

8 相位共轭波的定义三波混频，前向四波混频和后向四波混频哪一个

2(3)1111113(,,,)SBS p p p dE i E E dz cn ωχωωωω=--()

i ϕr

更重要为什么四 波混频有哪些重要的应用

设光波场的复振幅 Es(r)为

相位共轭波复振幅Ep(r)为 结论：相位共轭波并不是该光波场总表示式的复振幅，而只是其复

振幅的复共轭，完全不涉及光场表示式中的时间因子。

注: (1) 即使 ，仍表明EP (r,t)，ES (r,t)是共轭关系。 (2) (r)由介质的不均匀性决定，即与折射率的变化n

有关；A(r)主要与光吸收和光散射有关。

背向四波混频更重要；

将DFWM 相位共轭与TWM 相位共轭比较: 在DFWM 中，若泵浦光E 1, E 2彼此反向传播，散射光E 4就必然地沿入射信号光E 3的反向传播，也

就是说对于任意方向的入射光，DFWM 过程皆可自动地满足相位匹配条件，所产生的散射光总是入射信号光的背向相位共轭光。而TWM 相位共轭中，对相位匹配条件有苛刻的要求。

而前向四波混频只适用于薄样品，并且只有波矢满足K4=2K1,2- K3的散射光才能产生（即需满足相位匹配）。故背向四波混频更重要。 应用：相位共轭谐振腔、自适应光学、图像传递、无透镜成像、实时空间相关和卷积

9 你认为二阶非线性效应中的哪一个效应最为重要三阶非线性效应中哪一个最为重要 实际应用中，作为光开关人们一般利用 Pockels 效应还是 optical kerr 效应

*()

()()()i p s e ϕ-==r r r r E E A ()()

P S C ϕϕ=-r r