非线性光学-哈尔滨工业大学
非线性光学的基础理论与前沿应用
非线性光学的基础理论与前沿应用随着物理学的发展，研究光学现象成为一个重要的研究方向。
光学已经不再仅仅被视作经典物理学的一部分，而是成为了自然界极为重要的现象之一。
近年来，非线性光学发展迅速，成为了当前前沿的研究领域之一。
本文将对非线性光学的基础理论和前沿应用做一篇介绍。
一、非线性光学的基础理论从基础理论的角度，非线性光学是在介质中具有非线性光学响应的一种现象。
即在光线作用于介质时，介质将会响应，且辐射出比光束原有强度更大的辐射。
这种现象的发生源于介质中的电子、原子、分子等电荷在光场的相互作用中，发生能量交换与相互作用，产生对光的影响。
当外界光场强度较小时，物质对光的响应呈线性关系。
但是当光场强度达到极高时，物质会表现出非线性响应。
其中最常见的非线性现象是二次谐波发生（Second Harmonic Generation，简称SHG）和三次谐波发生（Third Harmonic Generation，简称THG）。
由于非线性效应的发生，在现代光学中，光的作用不再停留于传递、衍射等基本的物理效应，而包含了丰富多样的现象。
其中，非线性光学在通讯、光电领域，甚至生物医学领域中都发挥着重要的作用。
二、非线性光学的前沿应用1、光通信器件在现代通讯领域中，光器件是基础设施之一。
通过提高传输速率、信号质量，降低干扰等手段，光器件逐渐替代了传统电器件。
其中，非线性光学在光器件的研究与开发中起到了重要的作用。
比如光纤放大器中，非线性效应能够扩宽波长放大光带，同时提高系统的传输距离和可靠性。
2、激光技术在激光技术中，利用非线性光学原理，可以实现激光器的频率转换。
对于化学、生物、环境、安全、国防等领域，激光技术的应用都具有非常重要的意义。
有些基于激光的扫描显微镜等技术甚至已经被成功应用于医学领域。
3、光学计算非线性光学在计算领域的应用，最重要的手段是光学迭代计算。
它比传统计算方法更快、更节约成本、更加精确，其效果可以在单位时间内完成的数据计算不断增长。
非线性光学技术的应用及其优劣
非线性光学技术的应用及其优劣非线性光学技术是研究激光与物质相互作用的一种重要手段，它已经广泛应用于物理、化学、材料科学、生物医学等多个领域。
本文将探讨非线性光学技术的应用及其优劣。
一、非线性光学技术的原理非线性光学技术是建立在激光与物质相互作用的基础上的。
通常情况下，光与物质之间的相互作用是线性的，即光的强度和物质的响应成正比。
而当光强度达到一定程度时，物质的响应就会变得非线性。
非线性光学技术利用这种非线性响应来产生一些有趣的现象。
例如，产生二次谐波、三次谐波等。
此外，非线性光学技术也可以利用非线性响应来实现光调制、频率转换、光混频等功能。
二、非线性光学技术在物理学中的应用非线性光学技术在物理学中有着重要的应用。
例如，在强场物理学中，非线性光学技术可以用来研究高级材料在极端条件下的行为。
此外，在超冷原子物理学中，非线性光学技术也被广泛应用，可以用来研究玻色-爱因斯坦凝聚、费米气体等现象。
三、非线性光学技术在化学中的应用非线性光学技术在化学中的应用也非常广泛。
例如，在化学动力学中，可以利用非线性光学技术来探测化学反应的物质浓度和速率。
此外，非线性光学技术也可以用来研究医药化学中的荷电分子和离子的行为。
四、非线性光学技术在材料科学中的应用非线性光学技术在材料科学中的应用也相当重要。
例如，在半导体中，非线性光学技术可以用来研究材料的光学特性和电子结构。
此外，在材料加工中，非线性光学技术也可以用来实现微细加工和表面改性。
五、非线性光学技术在生物医学中的应用非线性光学技术在生物医学领域也有着广泛的应用。
例如，在生物分析中，非线性光学技术可以用来探测细胞活性和病毒分析。
此外，在生物成像中，非线性光学技术也可以用来实现高分辨率成像和活体三维成像。
六、非线性光学技术的优劣虽然非线性光学技术在多个领域中都有着广泛的应用，但它也有着一些不足之处。
例如，在实际应用中，非线性光学技术需要较高的能量和处理时间。
此外，非线性光学技术对环境干扰的敏感度也比较高。
非线性光学理论及应用
非线性光学理论及应用光学是研究光线的传播、反射、折射和干涉等现象的科学。
而非线性光学则是在介质中，当光强足够强时，光可以与介质的原子或分子发生相互作用，使光的传播和性质发生非线性变化的现象。
非线性光学理论的建立和发展，为我们认识和研究光的本质提供了新的途径和工具。
一、非线性光学的基本理论非线性光学是在麦克斯韦方程组的基础上进行研究的。
（1）非线性极化非线性光学的基本性质是介质的非线性极化，即介质在高光强下的电介质常数不再是一定的常数，而是与电场强度的高次幂相关的非线性函数。
假设光由强度为E的电场驱动，在非线性介质中传播，描述光束传播的方程为非线性波动方程：▽^2E-1/c^2∂^2E/∂t^2=(4π/c^2)∂^2PNL/∂t^2其中，PNL表示非线性极化，并可表达为PNL=χ(2)EE+χ(3)EEE+χ(4)EEEE+...其中，χ(n)为非线性极化系数，其中n表示相应于n次光强的非线性极化。
当光强小，电介质常数不再是非线性函数，介质具有线性特性。
（2）非线性效应非线性光学效应包括三个方面：非线性极化、非线性色散和自相位调制。
非线性极化是非线性光学效应的主要表现形式，包括二次和三次非线性极化。
其中二次非线性极化是倍频和混频实现的基础，三次非线性极化是各种非线性光学效应的基础，包括自相位调制、和谐共振等。
（3）非线性光学效应的数学描述非线性光学效应的数学描述可以通过复数形式进行分析，即将电场分为实部和虚部，每个信号都可以表示为一个频率ω和一个空间轴的函数，即E=E0exp(iωt-ikz)其中，E0为振幅，ω为角频率，k为波矢量，z为传播距离。
振幅E0可以分为实部和虚部表示：E0=Aexp(iΦ)其中，A和Φ分别是幅度和相位，可以看作是非线性光学效应的输出信号。
二、非线性光学的应用非线性光学应用广泛，包括在光通信、光储存、光信息处理、光测量等领域。
下面介绍一些典型的应用。
（1）倍频和混频倍频是通过二次非线性极化实现的，原理是将一个频率为ω的激光束通过非线性晶体，将其升频到2ω，可以被应用于全固态激光器。
哈工大博士研究生考试科目参考书目录
哈尔滨工业大学博士生入学考试科目参考书目录EDA技术[2217]半导体器件物理[2218]微波技术曼着；《小波分析与分数傅里叶变换及应用》，国防工业岀版社，冉启文，谭立英着；《分数傅里叶光学导论》，科学出版社，冉启文，谭立英着；[2216]《超大规模集成电路设计方法学导论》，清华大学岀版社，杨之廉；《数字专用集成电路的设计与验证》杨宗凯黄建杜旭编着电子工业出版社；《数字集成电路——电路、系统与设计（第二版）» Jan M. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic ，周润德等译，电子工业岀版社； [2217]《半导体器件物理》，科学岀版社，王家骅；《现代半导体器件物理》，科学出版社， [2218]《微波技术》，哈工大岀版社，2006年版，吴群主编；《微波工程技术》，吴群主编，哈工大岀版社，2008年修订版。
025化工学院[2071]高分子化学与物理[2072]物理化学[2073]高等生物化学[2071]《高聚物的结构与性能》，科学岀版社，马德柱、何平笙；[2072]《物理化学》（上册，下册），高等教育出版社，南京大学物理化学教研室，傅献彩，沈文霞，姚天扬编；[2073]《生物化学》，清华大学岀版社，王希成。
027市政环境工程学院[2271]高等流体力学[2272]污染控制微生物学[2273]水分析化学[2274]水力学[2275]微生物学[2276]生物化学[2277]高等传热[2278]物理化学[2279]化工原理[2271]《流体力学基础》（上、下册），机械岀版社1982，潘文全主编；《流体力学》（第二版）上、下册、2000，高等教育岀版社，周光垧等编着；[2272]《污染控制微生物学》（第三版），哈工大岀版社2004 （2007.2重印），任南琪马放等编着；《环境污染防治中的生物技术》，北京化学工业出版社 2004，任南琪李建政主编；《环境工程微生物学》，北京化学工业出版社2004，李建政主编；[2273]《水分析化学》（第三版），中国建筑工业出版社，黄君礼[2274]《水力学》（上、下册），高等教育岀版社1995董曾南主编；《流体力学》（第二版）上、下册、2000，高等教育岀版社，周光垧等编着；[2275]《微生物学教程》（第2版），高等教育岀版社2002，周德瑞，《环境污染防治中的生物技术》，化学工业岀版社2004，任南琪，李建政主编；《污染控制微生物生态学》，哈尔滨工业大学出版社2005，李建政任南琪主编； [2276]《生物化学》（第三版）上、下册，高等教育出版社，王镜岩等；[2277]《高等传热学》（第二版），上海交通大学出版社，2004，杨强生等编着；，《工程传热传质学》，航空工业岀版社，1989，朱谷君主编；《工程传热传质学（上册）》，科学岀版社，1998，王补宣着；，《传热与传质分析》，科学岀版社， 1983，等着，航青译；《对流传热传质分析》，西安交通大学岀版社，1991，王启杰；《热传导理论》，高等教育出版社，1992，张洪济；《对流传热与传质》第四版中文版，高等教育岀版社，2007，凯斯等编着，赵镇南译；《对流换热》，高等教育出版社，1995，任泽霈。
非线性光学材料研究及应用
非线性光学材料研究及应用非线性光学是近年来发展最快的光学领域之一。
与线性光学不同，非线性光学是关于光的相互作用的，只有当光强度超过一定的阈值时，才会出现非线性效应。
而非线性光学材料，便是指这种非线性光学效应的发生与表现所需要的一种材料。
一、非线性光学的基础非线性光学研究的主要对象是光与物质的相互作用，即光与物质的媒介之间的相互作用。
物质的分子、原子或其他微观粒子（如晶格中的离子等）与光场的相互作用，是通过微观的相干过程来实现的。
光和物质的相互作用是由光的电场分量产生的。
在非线性光学中，只考虑电场的强度（即振幅）影响物质的响应，忽略了电场的相位影响。
基于非线性光学材料的非线性效应，可以实现多种光学器件的制作，如光电开关、光学调制器、光学逻辑器、光学计算器等，这些光学器件都有着重要的应用价值。
因此，非线性光学的研究在光通信、信息、材料科学等领域都具有广泛的应用前景。
二、非线性光学材料的种类非线性光学材料的种类非常广泛，其中最具代表性的就是非线性晶体。
非线性晶体的非线性效应主要是由于其宏观尺度上的非中心对称性而形成的。
非线性晶体中，最典型的非线性效应就是二次谐波发生，即当一束激光分别作用在材料上，可直接形成其一倍频、二倍频或三倍频等多种频率变化的光谱输出。
此外，还有非线性光学吸收材料、非线性荧光材料、非线性折射材料等，这些材料的非线性效应发生原因不同，具有不同的功能。
三、非线性光学材料在实际应用中的作用非线性光学材料在实际应用中，可具有多种重要作用。
在信息技术领域，非线性光学材料可用于制造高速数据传输的光通信器件，如光电开关、光纤调制器、光电调制器等；在光电子学领域，非线性光学材料常被用于制造激光器、探测器、光学传感器等；在生物医药领域，非线性光学显微技术可用于生存细胞、组织等生物样本的成像。
综上所述，非线性光学材料的研究及应用一直是国内外光学领域的热点之一，随着时代的发展和技术的不断进步，非线性光学材料的应用范围也越来越广泛，未来还有巨大的发展潜力。
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4.现代制造系统管理理论
5.战略管理与现代企业运营
哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室
、激光新介质
光谱与
激光等。取得的成果主 ：
明一 1项、二 1项,省部级
2项。
重点实验室下属的中红外固体激光 现 授2人， 授2人,博士生10 人，二十余年一直从事
非线性光学频率转换 和2 pm激光器研究。
率 将中红外固体激光器平均功率提
瓦量
级,取得一系列应用成果，
得
总公司一
1项，黑 省科学 一
1项（自然类）、
2项。
伦（1967—），教授/博导，主要从事2 pm单频激光器及中红外波长转换技术研究，获省部级一等奖
2项，二 1项。
段小明（1981—），副教授,主要从事新型2 pm激光器和非线性频率转换技术研究，获省部级一等奖
1项，二 1项。
（1981—），副教授，主要从事2 1项、
3项。
主成：
姚宝权（1970—）,教授,博士生 ，主 从事基于2 pm泵浦源的中长波红外非线性光学频率转换技
术研究， 主持承担 自然科学基金项目和省部级重点项 项，发表SCI收录论文200 篇，他引
2 000 ，授权
明专利10 项。作为第一 人,获得省部级一
1项,二等奖1项，三
第49 第8期 2020 年 8
人工晶体学报
JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS
Vol. 49 Na. 8 August, 2020
哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室
大学
激光
级重点实验室由已故中科院院士、“全
”、著
防科
专
光教授创建。实验室主要研究
：非线性光学 与应用、激光空 息
非线性光学的基本原理与应用
非线性光学的基本原理与应用非线性光学是研究光与物质相互作用时引起的非线性效应的一门学科。
与线性光学不同，非线性光学研究的是强光场下，光与物质之间的非线性相互作用过程。
它涉及到光强、偏振、频率等多个方面的因素，包括一些重要的效应和现象，如倍频、和谐生成、光学全息、自聚焦等。
非线性光学不仅在基础研究方面有重要作用，同时在信息处理、光通信、激光技术等众多领域也有广泛应用。
一、基本原理：非线性光学的基本原理可以从哈密顿量的角度进行解释。
在经典电动力学中，电子受到电磁场的作用时，其运动方程为：m(d²r/dt²) = -e(E + v×B)其中，m为电子的质量，r为电子的位置矢量，t为时间，e为电子的电荷量，E为电磁场对电子的电场，B为电磁场对电子的磁场，v为电子的速度。
在非线性光学中，介质的极化强度与电场的关系不再是线性的，而具有非线性的电场-极化关系。
这是因为电子在强光场作用下，其运动方程中的二次项和更高次项不能忽略。
二、效应与应用：1.倍频现象：倍频效应是非线性光学中最常见的效应之一。
它利用非线性光学晶体的非线性光学性质，将输入光的频率倍增。
这种倍频现象被广泛应用于激光技术领域，可用于制造高功率激光器、红外光学器件等。
2.和谐生成：和谐生成是通过非线性光学晶体实现将输入光的频率与光学晶体本身的特征频率相结合的过程。
这种效应可以用于制造光学频率标准器、精密测量仪器等。
3.光学全息：光学全息是利用非线性光学效应来记录和再现物体的全息图像。
它具有高分辨率、大容量等优点，在图像存储、光学图像处理等方面有广泛应用。
4.自聚焦：自聚焦效应是在大光强场作用下，物质的折射率随光强变化而引起的对光的聚焦。
这种效应广泛应用于激光切割、光通信等领域。
5.光学非线性材料：非线性光学材料是利用非线性光学效应制备的材料，具有改变光学特性、电光效应、光致变色等特点。
这类材料在信息存储、光通信、光信息处理等方面有广泛应用。
非线性光学 (Nonlinear Optics)
三、二阶非线性
晶体对称性效应 • 二阶非线性极化率为具有27个分量的三阶张量，其中部分分量相同，比如
和
必然相同，即介质的响应不依赖于场的数学排列顺序。
• 因此，二阶非线性极化率只剩有18个独立分量。 • 此时，偏振场和电场的关系可由非线性光学系数张量dij表示如下，
。 • 在许多晶体中，非线性光学系数张量可进一步简化，因为晶体的对称性要求许多分
其中省略号包含高频、高阶交叉项。
线性响应 • 的系数在方程两边相等，从而得到 。 。 。
• 此时在频率ω处的偏振为 • 由上式和X1与 非线性响应 • 的系数在方程两边相等，从而得到 。 的表达式可以得到
二、光学非线性的物理起源
Non-resonant nonlinearities 非共振非线性 • 进一步得到
• 材料的吸收系数如果能用上式来表示，就可被称为饱和吸收体（saturable absorber）。
• 在光强相对较弱的情况下，有 • 由于α 正比于 的虚部，且有 ）。 ，即吸收系数随光强（ ）线性变化。 ，即由于
饱和吸收引起的共振非线性来源于三阶非线性效应（
三、二阶非线性
Nonlinear Frequency Mixing 非线性混频 • 介质被两个频率分别为ω1和ω2，幅度分别为ɛ1和ɛ2的正弦波所激发，非线性偏振为
可理解为沿y和z方向施加的电场在x方向可产生非线性偏振。
• 可以类似写出三阶非线性偏振分量（81个）为：
。
一、非线性极化率张量
Problem：
Solution： 激光沿z方向传播时，其偏振方向沿x或y，此时有
，因此
当i=x或者非线性偏振为z方向。
二、光学非线性的物理起源
• 将一个电子束缚到一个原子中的电场幅度在1010-1011 V m-1左右，在光电场幅 度与该数值接近时非线性效应开始凸显。
非线性光学——精选推荐
非线性光学非线性光学是现代光学的重要分支，研究强相干光与物质相互作用时出现的各种新现象的产生机制、过程规律及应用途径. 非线性光学的起源可以追溯到1906年的泡克尔斯效应和1929年克尔效应的发现，但是非线性光学成为今天这样一门重要科学，应该说是从激光发现以后才开始的.非线性光学的发展大体可划分为三个阶段：20世纪60年代初为第一阶段，这一阶段大量非线性光学效应被发现，如光学谐波、光学和频与差频、光学参量振荡与放大、多光子吸收、光学自聚焦以及受激光散射等都是这个时期发现的；第二阶段为60年代后期，这一阶段一方面还在继续发现一些新的非线性光学效应，另一方面则主要致力于对已发现的效应进行更深入的了解，以及发展非线性光学器件；第三阶段是70年代至今，这一阶段非线性光学日趋成熟，已有的研究成果被应用到各个技术领域和渗透到其他有关学科（如凝聚态物理、无线电物理、声学、有机化学和生物物理学）的研究中.非线性光学的研究在激光技术、光纤通信、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.一、 光场与介质相互作用的基本理论1．介质的非线性电极化理论很多典型的光学效应均可采用介质在光场作用下的电极化理论来解释.在入射光场作用下，组成介质的原子、分子或离子的运动状态和电荷分布都要发生一定形式的变化，形成电偶极子，从而引起光场感应的电偶极矩，进而辐射出新的光波.在此过程中，介质的电极化强度矢量P 是一个重要的物理量，它被定义为介质单位体积内感应电偶极矩的矢量和：V p P ii V ∆=∑→∆ lim 0 （1）式中i P是第i 个原子或分子的电偶极矩. 在弱光场的作用下电极化强度P 与入射光矢量E 成简单的线性关系，满足E P 10χε= （2）式中0ε称为真空介电常数，1χ是介质的线性电极化率. 根据这一假设，可以解释介质对入射光波的反射、折射、散射及色散等现象，并可得到单一频率的光入射到不同介质中，其频率不发生变化以及光的独立传播原理等为普通光学实验所证实的结论.然而在激光出现后不到一年时间（1961年），弗兰肯（P.A.Franken ）等人利用红宝石激光器输出694.3nm 的强激光束聚焦到石英晶片（也可用染料盒代替）上，在石英的输出光束中发现了另一束波长为347.2nm 的倍频光，这一现象是普通光学中的线性关系所不能解释的.为此，必须假设介质的电极化强度P 与入射光矢量E 成更一般的非线性关系，即)(3210 +++=E E E E E E P χχχε （3）式中1χ、2χ、3χ分别称为介质的一阶（线性）、二阶、三阶（非线性）极化率. 研究表明1χ、2χ、3χ…依次减弱，相邻电极化率的数量级之比近似为11E n n ≈-χχ （4） 其中0E 为原子内的平均电场强度的大小（其数量级约为1011V/m 左右）. 可见，在普通弱光入射情况下，0E E <<，二阶以上的电极化强度均可忽略，介质只表现出线性光学性质. 而用单色强激光入射，光场强度E 的数量级可与0E 相比或者接近，因此二阶或三阶电极化强度的贡献不可忽略，这就是许多非线性光学现象的物理根源.2．光与介质非线性作用的波动方程光与介质相互作用的问题在经典理论中可以通过麦克斯韦方程组推导出波动方程求解.对于非磁性绝缘透明光学介质而言，麦克斯韦方程组为tD H ∂∂=⨯∇ （5） tH E ∂∂-=⨯∇ 0μ （6） 0=∙∇B （7）0=∙∇D （8） 式（5）和（8）中的电位移矢量D 为P E D+=0ε，代入式（5）有 tP t E H ∂∂+∂∂=⨯∇ 0ε 两端对时间求导，有 22220tP t E t H ∂∂+∂∂=∂∂⨯∇ ε （9） 对式（6）两端求旋度，有 tH E ∂∂⨯∇-=⨯∇⨯∇ 0)(μ 将矢量公式E E E E 2)()()(-∇=∇∙∇-∙∇∇=⨯∇⨯∇ 代入式（9）有22022002tP t E E ∂∂+∂∂=∇ μεμ （10） 上式表明：当介质的电极化强度P 随时间变化且022≠∂∂tP 时，介质就像一个辐射源，向外辐射新的光波，新光波的光矢量E由方程（10）决定. 3．非线性光学的量子理论解释采用量子力学的基本概念去解释各种非线性光学现象，既能充分反映强激光场的相干波动特性，同时又能反映光场具有能量、动量作用的粒子特点，从而可对许多非线性光学效应的物理实质给出简明的图像描述.该理论将作用光场与组成介质的粒子（原子、分子）看成一个统一的量子力学体系而加以量子化描述，认为粒子体系在其不同本征能级间跃变的同时，必然伴随着作用光场光子在不同量子状态分布的变化，这些变化除了光子的吸收或发射，更多的涉及到两个或两个以上光子状态的改变（如多光子吸收与发射、光散射等），此时对整个物理过程的描述必须引入所谓中间状态．．．．的概念. 在这种中间状态内，光场的光子数目发生了变化，粒子离开原来所处的本征能级而进入激发状态；但此时粒子并不是确定地处于某一个本征能级上，而是以一定的几率分别处于它所可能的其他能级之上（初始能级除外）. 为了直观地表示这一状态，人们又引入了虚能级．．．的图解表示方法. 在用虚能级表示的这种中间状态中，由于介质粒子的能级去向完全不确定，则按照著名的不确定关系原理，粒子在中间状态（虚能级）上停留的时间将趋于无穷短.利用中间状态的概念和虚能级的表示方法，可以给出大部分有关非线性光学效应的物理图像.二、 非线性光学效应1．光学变频效应光学变频效应包括由介质的二阶非线性电极化所引起的光学倍频、光学和频与差频效应以及光学参量放大与振荡效应，还包括由介质的三阶非线性电极化所引起的四波混频效应.需要注意的是，二阶非线性效应只能发生于不具有对称中心的各向异性的介质，而三阶非线性效应则没有该限制.这是因为对于具有对称中心结构的介质，当入射光场E相对于对称中心反向时，介质的电极化强度P 也应相应地反向，这时两者之间只可能成奇函数关系，即)(553310 +++=E E E P χχχε，二阶非线性项不存在.1.1 光学倍频效应光的倍频效应又称二次谐波，是指由于光与非线性介质（一般是晶体）相互作用，使频率为ω的基频光转变为ω2的倍频光的现象。
哈尔滨工业大学材料科学与工程学院
哈尔滨工业大学材料科学与工程学院2018\2019年硕士研究生招生复试指导根据教育部关于加强硕士研究生招生复试工作的指导意见及学校有关要求，硕士研究生入学考试初试合格的考生和推免生均需参加复试，材料科学与工程学科2015/2016年硕士研究生招生复试指导确定如下：复试比例及主要内容Ⅰ复试由笔试和面试两部分组成，外国语听力考试在面试中进行。
复试的总成绩为280分，其中笔试200分，面试80分。
Ⅱ复试笔试科目（一）报考0805材料科学与工程（研究方向：11光电信息科学与工程）科目名称：00301科目代码：晶体结构与热力学统计（1）材料结构分析与测试部分，占65分。
主要内容：X射线物理基础、衍射方向、衍射强度；电子光学基础与透射电子显微镜；电子衍射。
参考书目：周玉主编，《材料分析方法(第二版)》，机械工业出版社。
（2）热力学统计物理部分，占65分。
主要内容：热力学基本规律；均匀物质的热力学性质；单元系的相变；多元系的复相平衡和化学性质。
参考书目：汪志诚，《热力学·统计物理（第二版）》，高等教育出版社。
（3）晶体学与晶体缺陷部分，占70分。
主要内容：晶体原子结构、晶体结构等晶体学基础；晶体的宏观对称性和微观对称性；晶体中的点缺陷、色心；位错。
参考书目：钱逸泰编著，《结晶化学导论》，中国科技大学出版社。
吴自勤译，《现代晶体学》，中国科技大学出版社。
（二）报考0805材料科学与工程（研究方向：12材料物理与化学）以下共有六套考题供考生选择。
参加复试的考生须从五套题中任选两套考题回答。
每套题100分，共200分。
第一套题：材料X射线与电子显微分析科目名称：00302科目代码：材料X射线与电子显微分析一、X射线物理基础1. 连续X射线2. 特征X射线3. X射线与物质相互作用（包含相干散射、非相干散射、光电子、X射线荧光及俄歇电子）二、X射线衍射方向1. 布拉格方程的推导2. 布拉格方程的讨论（包含反射级数、干涉指数、消光等）三、X射线衍射强度1．原子散射因子2．结构因子（包括含义、推导及如何用结构因子推导晶体消光规律）3．多晶体X射线衍射强度影响因素四、电子光学基础与透射电子显微镜1. 电子光学2. 电磁透镜及相差分析。
测量光学非线性的4f相位相干成像技术研究进展
（． 州 大 学 物理科 学与技 术 学 院， 苏 苏州 ２ ５ ０ １苏 江 １ ０ ６；
２哈 尔滨 工 业 大 学 物 理 系 ， 龙 江 哈 尔 滨 １ ０ ０ ） ． 黑 ５ ０ １
摘 要 ：厂 位 相 干 成 像 技 术 是 一 种 简 单 有 效 的 测 量 材 料 三 阶 非 线 性 的 方 法 ， 中具 体 介 绍 了 它 ４相 文 的基 本 原理 、 展 现状 及应 用前 景 。 计 了一种 改进 的 ４ 发 设 ，相 位 相 干 成 像 系统 ， 过 改 进 传 统 ４ 相 位 通 ，
ａ ｏｄ ｄ ｈ ｒｆｒ，ｔｅ ｉ ｒ ｖ ｄ ４ ｈ ｓ ｏ ｅｅ ｔｉ ｇｎ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｕ ｅ ｏ ｍｅ ｓｒ ｈ ｖ ｉｅ ．Ｔ ｅｅｏｅ ｈ ｍｐｏ ｅ ｆｐ ａ ｅ ｃ ｈ ｒｎ ｍａ ｉｇ ｓｓｅ ｃ ｎ ｂ ｓｄ ｔ ａ ｕｅ ｔｅ
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非线性光学的研究及应用前景
非线性光学的研究及应用前景近年来，非线性光学一直是光学研究的热点领域之一。
它是指光在物质中传播时，因为相互作用所产生的非线性效应。
具体来说，非线性光学研究的是光在物质中的高强度传播，包括光波在介质中传播时因物质的响应受到了场的影响而导致的光学瞬变、光谱变化等现象。
其研究领域并不仅仅局限于物理学，同时涉及到材料科学、光学通信、量子信息、生物医学等多个领域，因此其应用前景非常广泛。
一、非线性光学的基本原理在介质中，当光与物质相互作用时，会发生非线性效应，即光的能量会通过介质中的某些物理机制而被转化或者重新分布。
光的非线性效应包含很多，其中最常见的有光非线性吸收、光二次谐波发生、光非线性折射等。
在非线性光学中，研究的重点是如何理解这些非线性过程发生的机理、调制光的幅度和相位以及如何优化这些过程的条件。
二、非线性光学的研究方法非线性光学的研究方法主要有光谱法、时间关联法和干涉法三种。
光谱法主要是通过观测和分析材料在不同波长光照射下的光谱响应来研究物质的非线性效应。
该方法是最早被应用于非线性光学研究，并且也是应用最广泛的方法之一。
时间关联法主要是通过测量光脉冲的时间演化过程来研究材料的非线性光学效应。
这种方法主要用于观测光脉冲的光学瞬变和光学响应时间。
干涉法是通过不同波长光的干涉来研究材料的非线性光学效应。
该方法对测量非线性折射率有较好的响应，也是研究非线性光学材料折射率的最早方法之一。
三、非线性光学的应用前景光纤通信是非线性光学应用的典型案例之一。
光通过光纤传输时，由于介质的非线性效应而造成了光波的自聚焦和自频移，这使得光纤光在信道里可以传输的距离变得更远。
此外，在光信号的处理和传输方面，通过使用非线性光学材料可以实现高质量的信号处理，例如光放大器、光纤甚至光网络等方面都有广泛的应用。
在生物医学领域，非线性显微成像技术也是非常重要的，例如：两光子激发荧光显微镜（Two-photon fluorescence microscopy）和光声显微成像（photoacoustic microscopy）等。
非线性光限幅材料的研究进展
非线性光限幅材料的研究进展杜艳秋;申作春【摘要】After comparing the linear,nonlinear,and phase transition property of laser protection materials,the optical limiting properties of semiconductor materials,metal phthalocyanine coordination (MPC) compounds,C60 and its derivatives,inorganic metal cluster compounds,and carbon nanotubes were comprehensively analyzed.Because of the advantages of low optical limiting threshold value,wide optical limiting bandwidth and short response time for carbon nanotube materials,its research progress in optical limiting application was further expounded.Itis pointed out that carbon nanotube optical limiting material needs the further in-depth research in the aspects of materialization and devise development for better application in the optical limiting field.%通过对线性、非线性以及相变激光防护材料性能的简要比较,综合分析半导体材料、金属酞菁类化合物、C60及其衍生物、无机金属团簇化合物及碳纳米管材料的光限幅特性.基于碳纳米管材料具有限幅阈值低、限幅波段宽、响应时间短等优势,进一步论述了其在光限幅应用中的研究进展,指出该光限幅材料在材料化及器件化方面需要更深入的探索,以期能够更好地用于光限幅领域.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)004【总页数】4页(P351-354)【关键词】非线性光学;光限幅;激光防护;碳纳米管【作者】杜艳秋;申作春【作者单位】黑龙江科技学院,电气与信息工程学院,哈尔滨,150027;哈尔滨工业大学,航天学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,航天学院,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】O437引言激光因其高方向性、高单色性、高亮度等特性一经发现就得到各国军界人员的极大关注。
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博士生入学专业综合考试大纲
课程名称：非线性光学
考试科目名称：非线性光学
一.考试要求
非线性光学研究强光与物质相互作用的各种与高阶极化有关的现象，是现代光子技术的基础。
要求考生了解非线性光学的发展过程和发展趋势、掌握非线性光学的基本理论、研究方法，以及能够利用非线性光学的基本理论分析非线性光学现象。
二.考试内容
1．介质的非线性极化
非线性介质的波方程
非线性极化率
K-K色散关系
2．光学三波耦合过程
三波耦合方程
光学二次谐波
光学和频、差频和参量过程
3．光学四波耦合过程
三次谐波与四波混频
光学相位共轭
4．非线性折射效应
光学克尔效应
光束自聚焦
5．非线性光散射
受激拉曼散射
受激布里渊散射
6．非线性光吸收与光折射
饱和吸收与反饱和吸收
饱和折射与反饱和折射
双光子吸收
7．光学双稳性与光学混沌
稳态光学双稳性
光学双稳性的不稳定性
8．光脉冲在光纤中的传播
非线性薛定谔方程
群速色散与自相位调制
光孤子的形成与特性
9．非线性全光开关
线性与非线性光耦合器
低功率环腔全光开关
三. 试卷结构
考试时间为90分钟，满分为50分。
1. 题型结构
概念题20分
分析证明题20分
应用题10分
2. 内容结构
基本概念的理解；非线性耦合波的推导；耦合波方程的求解，相位匹配角的计算，光学相位共轭的证明，光学参量振荡的阈值条件，非线性光吸收与光折射模型，光纤中群速色散与自相位调制，光孤子的形成，全光开关原理。
注意上述内容的综合运用。
四.参考书目
1.李淳飞.《非线性光学》.哈尔滨：哈尔滨工业大学出
版社，2005年。