非线性光学考试知识问题详解
光学非线性现象
题目(中)关于玻璃非线性现象研究的评论(英) The comment about Nonlinear Optical Phenomena in Glass姓名：王晓丹学号： 48指导教师叶辉年级与专业大二光电信息工程所在学院求是学院一．光学Kerr 效应1. 什么是光学Kerr 效应光学Kerr 效应是一种四波混频的三阶光学非线性效应，其主要表现为材料的折射率与光场强度相关。
克尔（Kerr ）在1875年发现: 线偏振光通过外加电场作用的玻璃时, 会变成椭圆偏振光, 如图所示, 当旋转检偏器时, 输出光不消失。
在电场作用下, 玻璃由原来的各向同性变成了光学各向异性, 外加电场感应引起了双折射, 其折射率的变化与外加电场的平方成正比, 这就是著名的克尔效应。
2. 光学Kerr 效应的作用机理2. 1介质的非线性电极化理论在入射光场作用下,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,产生电偶极矩并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. P 与入射光矢量E 成非线性关系,即：P = ε0 (χ1 E + χ2 EE + χ3 EEE + ⋯) (1)式中χ1 ,χ2 ,χ3 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χ1 ,χ2 ,χ3 ⋯依次减弱,在普通光入射情况下,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. 而当用单色强激光入射, 光场强度| E| 的数量级可与| E0| (| E0| 为原子内平均电场强度大小) 相比或者接近, 二阶或三阶电极化强度的贡献不可忽略,就会产生非线性光学效应.既然介质中的感应电偶极子辐射出新的光波,产生非线性光学效应,那么新光波的光矢量如何由电极化强度决定呢? 这可以从麦克斯韦方程组推导出的波动方程加以说明.2. 2 非线性光学的量子理论解释采用量子电动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。
(完整版)非线性光学作业(第4章)答案
第四章1、试求出42m 晶体在o+e e 相位匹配方式下的有效非线性光学系数. 答：对于42m 晶体非零张量元素有：d 14=d 25，d 36 所以[d]=[000d 14000000d 2500000d 36] 所以(d eff )II =[−cosθcosφ−cosθsinφsinθ][d][ −12cosθsin2φ12cosθsin2φ0−sinθcosφsinθsinφcosθcos2φ]=[000−d 14cosθcosφ−d 25cosθsinφd 36sinθ][ −12cosθsin2φ12cosθsin2φ0−sinθcosφsinθsinφcosθcos2φ]=d 14cosθcosφsinθcosφ−d 25cosθsinφsinθsinφ+d 36sinθcosθcos2φ =12(d 14+d 36)sin2θcos2φ2、推导（4.5-7）式.(参量下转换过程中， ω2和ω3光波光子通量随距离z 变化的关系式： 答：能流密度：S ω=2μ0kω|E(ω)|2 光子通量：N ω=S ωℏω=2k|E(ω)|2μ0ℏω2特征长度：l m =[12c 2(ω22ω32k2k 3)−12|χeff (2)|E (ω1,0)]−1将（4.5-5）式带入光子通量N ω中得到N ω2(z)， 并注意到N ω3(0)l M2=2k 3|E(ω3,0)|2μ0ℏω32([12c2(ω22ω32k 2k 3)−12|χeff (2)|E (ω1,0)]−1)2=2ω22μ0ℏk 2c 4|χeff (2)|2|E(ω3,0)|2|E (ω1,0)|2 以及曼利-罗关系：N ω2+N ω3=常数=N ω3(0)得：N ω3(z )=N ω3(0)−N ω2(z)=N ω3(0)1+(Δkl m 2)2−sin 2{[1l m2+(Δk 2)2]12z}1+(Δklm 2)23、简并情况下参量振荡的角度调谐公式推导. 答：简并时：n 1o =n 2o =n o ，ω1=ω2=12ω3=ω 相位匹配条件：12ωn 3e (θ0)=2ωn o新旧震荡之间有如下改变：n 3e (θ0)→n 3e (θ0)+△n 3；n o →n o +△n o ；ω→ω+△ω 新的匹配条件：ω3(n 3e (θ0)+△n 3)=2(ω+△ω)(n o +△n o )，略去△ω△n o 项△ω=ω3△n 3−2ω△n o2n o又因为：△n o =∂n o∂ω|ω△ω；△n 3e (θ0)=∂n 3∂θ|θ0△θ所以：△ω△θ=ðωðθ=ω3∂n 3∂θ|θ02n 0+2ω∂n 0∂ω|ω； 另有公式1(n 3(θ))2=cos 2θ(n o )2+sin 2θ(n e )2⇒∂n 3∂θ|θ0=−n 3e2(θ)2sin2θ[1(n 3e )2−1(n 3o )2]得到：ðωðθ=ω3∂n 3∂θ|θ02n o +2ω∂no ∂ω|ω=ω3−n 3e 2(θ)2sin2θ[1(n 3e )2−1(n 3o )2]2n o +2ω∂n o∂ω|ω4、推导参量振荡器的温度调谐关系（4.6-56）式，并讨论简并情况。
2014非线性光学06受激拉曼散射与受激布里渊散射a详解
为分子的光学极化率。分子的极化率并非常数，因
为电偶极子受电场作用而受迫振荡，振子长度随时间
变化，即
(t)
0
q
0
q(t)
其中 0 为分子在平衡态的线性极化率，第二项为非 线性极化率。
偶极子在光电场中的静电能为
W 1 2
p(z,t) E(z,t)
1 2
0
E 2 ( z, t)
偶极子在外场中所受电场力为
F(z,t)
dW dq
0
2
d
dq
0
E 2 (z, t)
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设介质中的总光场为
E(z,t)
E ei(PtkPz) P
E ei(StkS z) S
c.c.
因为总光场中存在两个不同频率项，则在 E(z,t)2
中会存在若干个不同频率项，我们只保留低频的
项 (P S ) ，即
E2 (z,t) 2EP ES*ei(tKz) c.c.
• 脉宽压缩性：受激散射光脉冲持续时间远小于入射激光脉 冲持续时间。
• 阈值性：入射激光的强度大于某一阈值光强后，散射光的 相干性、方向性和散射光强才有明显提高。
• 高阶散射特性：在加强输入光强或增加介质长度时，可出 现高阶Stokes散射光和Anti-Stokes散射光。
• 相位共轭特性：产生的受激散射光场的相位特性与入射激
• 拉曼散射 (Raman)：由介质内部原子、分子的振动 或转动所引起。是一种非弹性散射，散射光频率与 入射光的频率不同，频移量较大，相应于振动能级 差。散射光频率下移者，称为Stokes散射光；散射 光频率上移者，称为Anti-Stokes散射光。
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布里渊散射 (Brillouin)：介质密度（折射率）随时 间周期性起伏形成的声波（或声子）所引起的。这 是一种非弹性散射，散射光的频移量较小，相应于 声子能量。也有Stokes和Anti-Stokes散射光。
非线性光纤光学第三版课后题答案
非线性光纤光学第三版课后题答案1、3．有的力可能只有受力物体，没有施力物体．[判断题] *对错(正确答案)2、探究物体所受滑动摩擦力大小与物体对接触面的压力的关系时，物体所受重力大小是需要控制的变量[判断题] *对错(正确答案)答案解析：需要控制接触面的粗糙程度相同3、36.关于热现象和热学规律﹐下列说法正确的是（）*A.布朗运动表明，构成悬浮微粒的分子在做无规则运动B.两个分子的间距从极近逐渐增大到10ro的过程中，分子间的引力和斥力都在减小(正确答案)C.热量可以从低温物体传递到高温物体(正确答案)D.物体的摄氏温度变化了1℃，其热力学温度变化了273KE：两个分子的间距从极近逐渐增大到10ro的过程中，它们的分子势能先减小后增大。
4、下列事例中，利用热传递改变物体内能的是（）[单选题]A．流星坠入大气层与空气摩擦生热B．用锯条锯木头，锯条发热C．人站在阳光下暴晒，感到很热(正确答案)D．古时候，人们利用钻木取火5、35．已知甲液体的密度ρ甲＝5g/cm3，乙液体的密度ρ乙＝2g/cm3，现在取一定量的甲乙液体混合，混合液体的密度为3g/cm3，液体混合前后总体积保持不变，则所取甲乙体积比V甲：V乙＝（）[单选题] *A．5：2B．2：5C．1：2(正确答案)D．2：16、32．下列涉及的物态变化现象解释正确的是（）[单选题] *A．清晨河面上出现的薄雾是汽化形成的B．冰冻的衣服变干是熔化现象C．烧水时，壶嘴附近出现的“白气”是液化形成的(正确答案)D．浓雾逐渐散去是升华现象7、当绝缘棒接触验电器的金属球时箔片张开，说明绝缘棒带正电[判断题] *对错(正确答案)答案解析：金属箔片张开是由于箔片带同种电荷，无法确定具体带正电还是负电8、3．击剑比赛、体操比赛中运动员可视为质点．[判断题] *对错(正确答案)9、验电器是实验室里常常用验电器来检验物体是否带电。
用带正电的玻璃棒接触验电器的金属球，可以发现验电器原来闭合的两片金属箔张开一定的角度，如图61所示。
非线性光学考试答案
闭卷题1.什么是非线性效应？答：非线性光学效应的唯象描述为⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅=E E E p)2()1(χχ标量形式为⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++=32E E E p γβα2.非线性效应的应用价值。
(1) 利用非线性光学效应能够改变或控制激光器的参数通过谐波、混频、参量振荡和放大及喇曼散射过程，可以做成各种变频器，即可将一种频率的激光辐射转换为另一种波段的相干辐射，而且这种转换效率可以做得很高。
这对扩展相干辐射的波段具有相当重要的意义。
利用非线性光学效应还可以改变或控制激光器输出的其它特性，如：脉宽、功率、频率稳定性等。
(2)利用非线性光学效应研究介质本身的原子或分子的微观性质由于可调谐激光器的发展，为利用共振增强的非线性光学效应研究原子或分子的高激发态及至自电离态提供了可能性。
(3)某些非线性效应也制约了强激光在介质中的传输3.波动方程组推导。
答：麦克斯韦方程J tH tB=⋅∇=⋅∇+∂∂=⨯∇∂∂-=⨯∇ρ 物质方程0+=ε 0μ= σ=()E B t∂∇⨯∇⨯=-∇⨯∂000B H D J tμμμ∂∇⨯=∇⨯=+∂()NL 00022E E P E t t tμεμμσ∂∂∂∇⨯∇⨯=-⋅--∂∂∂根据矢量关系：()2E E E ∇⨯∇⨯=∇∇⋅-∇由()NL D E P 0ε∇⋅=∇⋅⋅+= 得出E 0∇⋅= （ε 和NL P都不是空间坐标函数）()NL 200022E E E P t t tμσμεμ∂∂∂∇=+⋅+∂∂∂为非线性介质中的波动方程。
这就是所要求的电场源P 产生的光波电场E随时间、空间变化的波动方程。
形式上类似于经典的强迫振动方程，式中右边第一项是阻尼项，第三项是激励项，即电极化强度P 作为场的激励源。
由它激发电磁场。
知道P 可以求场E 。
4.耦合方程组的推导。
答：(),E E r t =是空间坐标和时间t 的函数，通常是不同频率分量之和()(),,n nE r t E r t =∑同样非线性电极化强度也写成多个频率分量之和()(),,NL NL n nP r t P r t =∑每一个频率分量用复振幅表示，并沿空间z 方向传播()(),.n n ik z i n n E z t E z e c c ω-=+()(),..n n NL ik z i t n n P z t E z e c c ω-=+对每一个频率分量都满足波动方程，并假设介质无损耗()0σ=()()()22200222,,,NL n n n E z t E z t P z t z ttμεμ∂∂∂⎡⎤=+⎣⎦∂∂∂方程左边：()()()()()()222222n n n n n n n n n n n n ik z i t ik z i tn n n n ik z i t ik z i t ik z i t n n nE z E z e ik E z e z z z E z E z e ik e k E z e z zωωωωω-----⎡⎤∂∂∂=+⎢⎥∂∂∂⎢⎥⎣⎦∂∂=+-∂∂方程右边 ()()'200222200,n n nn NLnn NL ik z i t ik z i tn n n n P E z t t t E z e P e ωωμεμμωεμω--∂∂⎡⎤⋅+⎣⎦∂∂=-- 方程左右两边消掉n i teω-项，并令'n n n k k k ∆=-()()()22220022n NLn n i k z n n n n n n E z E z ik k E E P z e z zμωεμω-∆∂∂+-=-⋅-∂∂线性响应条件且介质无损耗条件下，0NL n P = ，()()22,,0;0n n E z t E z t z z∂∂==∂∂()()220n n n n k E z E z μωε=⋅在非线性响应条件下，0NLn P ≠()()()2022n NLn n i k z n n n E z E z ik P z e z zμω-∆∂∂+=-∂∂在慢变化振幅近似下，即 ()()22n n n E z E z k z z∂∂∂∂ 振幅空间慢变化近似的物理意义：在空间约化波长2λπ的范围内，振幅变化很小，可以忽略。
非线性光学习题解答终极版
非线性光学习题解答[李春蕾(2011111772)]第一章 晶体光学简介 电光效应1.解答：由于矢量运算不受坐标系的影响，只是表示形式不同而已，不妨在直角坐标系下建立方程，设x x y y z z k k e k e k e =++ ，x y z r xe ye ze =++，x y z e e e x y z∂∂∂∇=++∂∂∂ 则exp[i()]x y z fk x k y k z =++ 于是i i i i x y z x x y y z zf f f fe e e fk e fk e fk e fk x y z∂∂∂∇=++=++=∂∂∂，问题得证。
对于平面波，设0000exp[i()]()exp[i()]x x y y z z EE t k r E e E e E e t k r ωω=−⋅=++−⋅其中，0exp[i()]x x E E t k r ω=−⋅，0exp[i()]y y E E t k r ω=−⋅ ，0exp[i()]z z E E t k r ω=−⋅()()()(i i )(i i )(i i )i x y zy y x xz z x y z x y z x y z z y y z x x z z x y y x E e e e E E E E E E e e e x y z y z z x x y E E E e k E k E e k E k E e k E k E k E∇×∂∂∂∂∂∂∂∂∂==−+−+−∂∂∂∂∂∂∂∂∂=−++−++−+=×同理，i H k H ∇×=×.2.证明：在选定主轴坐标系的情况下，物质方程可以写成0i i i D E εε=，1,2,3i =同时，将晶体光学第一基本方程写成分量形式，20[()]ii i D n E k k E ε=−⋅，1,2,3i =联立两式，整理得到02()11ii i k k E D nεε⋅=− 对于对应同一个k 的两个电位移矢量D ′ 、D ′′，建立它们的标量积2222312022222211223322210221()()111111111111()()()()()()()()()()()1D D k k k k E k E n n n n n n k n n k E k E n n εεεεεεεεε′′′⋅ ′′′=⋅⋅++−−−−−−′′′′′′′′′′′′′′′=⋅⋅′′′− 22222331222222221223311111111111()()()()()()k k k k k n n n n n n εεεεε −+−+−−−−−−− ′′′′′′′′′由23122011i i ik n n ==−∑，得到大括号中的第一、三、五项之和为零，第二、四、六项之和为零，所以0D D ′′′⋅=即对应同一个k 的两个电位移矢量D ′ 、D ′′相互垂直.3.解答：22011i i k nε=−∑是方程20[()]i ii i E n E k k E εε=−⋅的本征值方程，设其本征值为m n ，相应的本征解为()m E ，则可以得到，()2()()0[()]m m m mEn E k k E ε⋅=−⋅ε晶体中可以有两个本征解，设另一个为()n E ，用其点乘上式得到()()()()()201[()]n m m n m mEE k k E E E n ε⋅−⋅=⋅⋅ε 交换指标m 和n 后可以得到()()()()()201[()]m n n m n nEE k k E E E n ε⋅−⋅=⋅⋅ε 上两式相减，考虑到介电常数张量ε为对称张量，则可以得到()()2201110m n n m E E n n ε −⋅⋅=ε 如果m n n n ≠，则有()()0m n EE ⋅⋅=ε 如果m n n n =，显然方程成立。
非线性光学试题答案
非线性光学试题1、简要说明线性光学与非线性光学的不同之处。
线性光学：光的独立传播定理；光的传播方向、空间分布在传播过程中可以发生变化，但光频率不发生变化；介质的主要光学参数只是入射光频率与偏振方向的函数，与光的强度无关。
非线性光学：光的独立传播定理不成立；光在传播过程中频率可能发生变化；介质的折射率与入射光的强度有关2、证明具有反演对称中心的晶类，其偶数阶非线性极化率为零。
证明：设A 为某对称操作，对于二阶非线性极化率(2)χ有(2)(2)'ijk ia jb kc ijkA A A χχ=，类似地，对于n 阶非线性极化率()n χ有()(2)......'...n ijk l ia jb kc lf ijk l A A A A χχ= 对于极化率张量(2)χ，实施对称操作后应保持不变，即(2)(2)'ijk ijk χχ= 所以(2)3(2)(1)ijk ijkχχ=-； 同理()(1)()......(1)n n n ijk l ijk l χχ+=-，当n 为偶数时，()...n ijk l χ为零3、 KDP 晶体是负单轴晶体，考虑I 类位相匹配。
(1) 设光波矢均沿（θ，ϕ）方向，求出此时有效非线性系数eff d 的表达式注：已知KDP 晶体的非线性系数矩阵为141436000000000000000d d d ⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭（2）若要得到最佳倍频输出，问光波矢的方向（θ，ϕ）应取何值。
解：（1） 负单轴I 类：(2)eff jk i ijk j k d b d a a δ=-，其中，sin cos 0j a ϕϕ⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭，cos cos sin cos sin j b ϕθϕθθ-⎛⎫⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭所以，36362sin sin (cos )sin sin 2eff d d d θϕϕθϕ=-=-（2）222221/22222))arcsin[()]))((((eo o mooen n n n n n ωωωωωωθ-=- ，得到41o m θ=；将m θ代入上面的eff d 表达式，易得45o ϕ=因此，要得到最佳倍频输出，光波矢方向为(41,45)o o3 B 、考虑BBO 晶体中的II 型（o e e +→）相位匹配下的共线传播倍频过程2ωωω+→；（1）设光波矢均沿（θ，ϕ）方向，求出此时有效非线性系数eff d 的表达式。
非线性物理试题及答案
非线性物理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 非线性光学中，光的二次谐波产生属于：A. 线性效应B. 非线性效应C. 量子效应D. 热效应答案：B2. 以下哪项不是非线性动力学系统的特点？A. 存在混沌现象B. 系统行为对初始条件敏感C. 系统行为可预测D. 存在分叉现象答案：C3. 非线性系统方程中，以下哪项是正确的？A. \( \frac{dx}{dt} = ax \)B. \( \frac{dx}{dt} = ax^2 \)C. \( \frac{dx}{dt} = ax + bx^2 \)D. \( \frac{dx}{dt} = ax + bx^3 \)答案：D4. 非线性系统中，孤立波解是指：A. 波形随时间不变B. 波形随时间变化C. 波形随空间变化D. 波形随时间和空间变化答案：A5. 非线性物理中，Bose-Einstein凝聚态描述的是：A. 电子气B. 费米子气C. 光子气D. 玻色子气答案：D二、填空题（每题2分，共10分）1. 在非线性光学中，光的____效应可以产生频率为原始光频率两倍的光。
答案：二次谐波2. 非线性动力学系统中的____现象是指系统在某些参数变化时，会出现多种可能的行为模式。
答案：分叉3. 非线性系统的方程通常包含____项，这使得系统的行为复杂化。
答案：非线性4. 非线性系统中的____波是一种在传播过程中保持形状不变的波。
答案：孤立5. 在非线性物理中，____凝聚态是一种在低温下，玻色子粒子聚集在最低能态的现象。
答案：Bose-Einstein三、简答题（每题5分，共20分）1. 简述非线性物理中孤子的概念及其物理意义。
答案：孤子是一种在非线性介质中传播的波，它能够保持其形状和速度不变，即使在与其他孤子相遇时也不会发生能量交换。
孤子的物理意义在于它们展示了非线性系统中的局部化波解，这在光学、流体力学等领域有重要的应用。
2. 解释非线性动力学系统中的混沌现象及其特点。
非线性光学习题
1
d S2
1
d S3
1 dz 2 dz
3 dz
请详细说明上式表述的物理意义
8. 应用晶体什么性质达到相位匹配条件？ 9. 什么是相位匹配？什么是相位失配？ 10. 为什么满足相位匹配条件倍频光就强？ 11.倍频晶体越长越好吗？为什么？ 12. 什么激光器采用腔外倍频？为什么？ 13. 什么激光器采用腔内倍频？为什么？ 14. 倍频晶体通常放在激光的什么位置？为什么？ 15. 什么是光散射？ 16. 用经典物理学的观点说明光散射的物理机制 17. 受激拉曼散射与普通拉曼散射的区别
非线性光学习题 1. 非线性光学效应产生的基本条件 2. 为什么强光入射时才能产生非线性光学效应？ 3. 电极化强度矢量P是表征什么的物理量？ 4. 什么是非线性电极化？ 5. 非线性电极化率的性质？ 6. 所有晶体都能产生倍频光吗？什么晶体可以产
生二次非线性效应？ 7. 门雷－罗威关系：
1
d S1
17. 受激拉曼散射过程中，产生二级stokes谱线和反 stokes谱线的原因是什么？
18. 什么是受激自旋反转拉曼散射？ 19. 利用受激自旋反转拉曼散射如何得到可调谐激光？ 20. 什么是纯净介质的瑞利散射？ 21. 什么是布里渊散射？
1. 非线性光学效应产生的基本条件
2. 电极化强度矢量P是表征什么的物理量？
3. 什么是非线性电极化？
4. 非线性电极化率的性质？
5. 所有晶体都能产生倍频光吗？什么晶体可以产
生二次非线性效应？
6. 应用晶体什么性质产生倍频光？ 7. 用经典物理学的观点说明光散射的物理机制 8. 受激拉曼散射与普通拉曼散射的区别 9. 受激拉曼散射过程中，产生二级stokes谱线和反
非线性光学讲义
非线性光学天津大学精仪学院光电一室2013-3-25非线性光学讲议授课对象：光电子技术专业高年级本科生课程要求：理解非线性光学的基本原理，掌握倍频、混频及光参量振荡等非线性光学频率变换的基本手段及其应用。
了解激光束的自作用、受激散射、光学相位共轭及光学双稳态的原理和实验装置。
学时：32 学分：2目录绪论 (1)第一章非线性光学极化率的经典描述 (5)1.1极化率的色散特性 (5)1.1.1介质中的麦克斯韦方程 (5)1.1.2极化率的色散特性 (6)1.1.3极化率的单位 (10)1.2非线性光学极化率的经典描述 (11)1.2.1一维振子的线性响应 (11)1.2.2一维振子的非线性响应 (13)1.3非线性极化率的性质 (16)1.3.1真实性条件 (17)1.3.2本征对易对称性 (17)1.3.3完全对易性对称性 (18)1.3.4空间对称性 (20)第二章 电磁波在非线性介质内的传播 (23)2.1介质中的波动方程一般形式 (23)2.2线性介质中单色平面波的波动方程 (23)2.3稳态情况下的非线性耦合波方程 (24)2.4瞬态情况下的非线性耦合波方程 (26)2.5门雷－罗威（Manley-Rowe）关系 (27)第三章 光学二次谐波的产生及光混频 (28)3.1光倍频及光混频的稳态小信号解 (28)3.2相位匹配技术 (29)3.3有效非线性系数 (43)3.4光倍频及光混频高转换效率时的稳态解 (46)3.5高斯光束的倍频 (47)3.6典型倍频激光器技术 (48)第四章 光学参量振荡及放大 (52)4.1引言 (52)4.2光学参量振荡的增益 (52)4.3光学参量振荡的阈值 (54)4.4光学参量振荡输出频率的调谐 (56)4.5典型光学参量振荡技术 (59)第五章 二阶非线性光学材料 (62)第六章 克尔效应与自聚焦 (65)6.1引言 (65)6.2克尔效应 (65)6.3自聚焦 (70)第七章 受激散射 (73)7.1引言 (73)7.2受激喇曼散射 (73)7.3受激布里渊散射 (79)第八章 光学相位共轭 (81)8.1相位共轭的特性 (81)8.2获得相位共轭波的非线性光学方法 (81)8.3非线性光学相位共轭的应用 (82)第九章光学双稳态 (83)9.1光学双稳态的理论 (83)9.2光学双稳态器件 (85)9.2光学双稳态器件的应用 (85)绪论非线性光学是一门光电子技术专业的专业基础课程，对于研究生深造和从事相关光电子专业的工作奠定理论基础。
非线性光学复习材料
非线性光学复习资料1. 高斯单位制下的麦克斯韦方程组，并由此推导波动方程：2222224)(1)(tc t c NL∂∂-=∂∙∂+⨯∇⨯∇P E E πε 高斯单位制下麦克斯韦方程组tc c tc ∂∂+=⨯∇=⋅∇∂∂-=⨯∇=⋅∇Ej B B BE E 14014ππρ2. 线性光学与非线性光学的主要区别。
A 为线性光学，B 为非线性光学 E（1）A ：单束光在介质中传播，通过干涉、衍射、折射可以改变光的空间能量分布和传播方向，但与介质不发生能量交换，不改变光的频率。
B ：一定频率的入射光可以通过与介质的相互作用而转换成其他频率的光(倍频等)，还可以产生一系列在光谱上周期分布的不同频率和光强的光(受激拉曼散射等)。
（2）A ：多束光在介质中交叉传播，不发生能量相互交换，不改变各自的频率。
B ：多束光在介质中交叉传播，可能发生能量相互转移，改变各自频率或产生新的频率。
（3）A ：光与介质相互作用，不改变介质的物理参量，这些物理参量只是光频的函数，与光场强度变化无关；B ：光与介质相互作用，介质的物理参量如极化率、吸收系数、折射率等是光场强度的函数(非线性吸收和色散、光克尔效应、自聚焦等)。
（4）A ：光束通过光学系统，入射光强与透射光强之间一般呈线性关系；B ：光束通过光学系统，入射光强与透射光强之间呈非线性关系。
（5）多束光在介质中交叉传播，各束光的相位信息彼此不能相互传递。
B ：多束光在介质中交叉传播，光束之间可以相互传递相位信息，而且两束光的相位可以互相共轭(光学相位共轭)。
3. 写出电场强度的付氏振幅的表达形式，并对电强度进行付氏分解。
对于角频率为1ω、波矢为1k 、初相位为1φ的单色平面波：)cos()(),(11111φωω-∙-=r k E r E t t)cos()(),(11111φωω-∙-=r k E r E t t引入付氏振幅：])(exp[)(21),(1111φωω+∙=r k E E i r将其所代表的单色平面波改写成：)exp(),()exp(),(),(11111t i t i t ωωωωr E r E r E *+-=这样，（1-2-3）式可改写成对称形式：)exp(),()exp(),(),(11111t i t i t ---+-=ωωωωr E r E r E其中n n -=-ωω ，),(),(r E r E n n -*=ωω， n 为整数。
非线性光学b(3.5--5)
w(t ) Na v n0
10 n （2）对于强激光，入射光子简并度很大，0 10 ，
散射几率：
w(t ) Na v n0n
（4.2-1）
受激喇曼散射几率远远大于普通喇曼散射的几率，散射光强 也远远大于普通散射光强。
三、受激喇曼散射
普通喇曼散射中，入射光是非相干光，喇曼散射也是 一种自发辐射，因此，散射光是非相干光 强激光入射时，入射光是相干光，具有高的光子简并 度，因此，有大量具有同一量子状态的光子，这些光子与 散射粒子碰撞，产生大量具有同一量子状态的散射光子， 散射光具有高的光子简并度，是受激相干光，成为受激喇 曼散射。
I N a v n0 I t I N a v n0 t I
z v t
（4.2-3）
（4.2-4）
代入（4.2-4）中：
dI N a n0 dz I
（4.2-5）
对（4.2-5）积分：
I ( , z) I ( ,0)e
3. 采用聚焦透镜增大基波功率密度
（1）采用聚焦透镜，聚焦功率可增大一个数量级。 （2）通常采用长焦透镜，增大焦深与倍频晶体长度相匹配。
二、低功率连续激光器倍频技术（腔内倍频）
0.53μm
全 YAG晶体 反 射 镜
布 氏 起 偏 器
聚 焦 透 镜
倍 频 晶 体
输 出 镜 T＝100％（ 0.53μm） T＝0％（ 1.06μm）
其中，g 是增益系数：
gz
（4.2-6）
g Na n0
（4.2-7）
五、原子的电子跃迁受激喇曼散射
受激喇曼散射的特点是发射出散射光子的同时， 伴随着粒子由初始能级向终止能级的跃迁。能级跃 迁可以是分子转动能级之间的跃迁、振动能级的跃 迁、电子能级的跃迁、半导体介质中自旋反转能级 之间的跃迁。能级跃迁性质不同，决定了散射光的 频移范围大为不同。
非线性光学复习知识总结
差频（前两个）、和频极化强度：
四、差频
输入 ，得到 和 的过程称为光学差频过程。可用于频率下转换。理论上和和频没多大差别。
能量与动量守恒关系： ，
五、频率上转换
输入 和 ，得到 称为和频过程。当 作为泵浦光， 作为信号光，得到 ，称为参量上转换。
六、参量放大（OPA）
在类似于差频的过程中，随传输距离的增加，泵浦光的能量逐渐转移到信号光中去，使之放大，同时产生闲频光，这种过程与微波波段的参量放大类似，故称光学参量放大。（利用参量转换实现弱信号的放大，称为参量放大。OPA特点是可调谐，信噪比高。）
三.
都是围绕能量和动量守恒
倍频
一、有效倍频系数：（这部分还是看书好，具体参数不用深究了，记住结果就好了。）KDP晶体(负单轴晶体)，属于 2m晶体， 为非零元素。负单轴晶体（ ）第一类相位匹配，o+o→e
二、最佳相位匹配：就在满足相位匹配角条件下，选择光线传播方位角使有效倍频系数最大。KDP晶体的Ⅰ型最佳是（匹配角41°，方位角45°）。 使得 最大。匹配角 有匹配条件和 的数值决定，即由材料本身的波长决定。
极化率的性质
五、真实性条件:ω的复共轭关系。
保证P和E都是实函数。
a．对线性极化
所以：
b．对非线性极化
六、本征对易性：光场ω的次序交换。
各光场频率在极化率表达式中的次序可以互换而不改变极化率。
二阶非线性过程：
三阶非线性过程：
七、完全对易性:光场和信号场（即极化场）的ω次序交换。
在远离共振区的条件下（ ，介质是无损耗的） .
极化强度使用的是矢量表达法，所以要注意矢量的书写
一.
线性极化率的基本概念
非线性光学复习思考题及答案
非线性光学复习思考题
1、什么叫非线性光学，它与线性光学有何异同？
非线性光学是激光产生以后发展起来的现代光学的一个分支学科，是研究激光与物质相互作用产生各种非线性效应的科学。
在激光问世之前，当单一频率的辐射入射到非吸收的透明介质时，除莱曼散射外，其频率是不会发生变化的。
在光与物质相互作用或光波之间相互作用时，非线性光学和线性光学所表现的特性不同，主要区别如下：
2、试述多波耦合方程的推导及其物理意义。
3、如何获得最佳倍频输出，倍频光与基频光特征有何变化？
4、试用折射率椭球图示倍频效应的位相匹配条件。
5、试设计一个可调谐参量振荡器。
6、三次极化产生的非线性效应有哪几种？如何用动量与能量
守恒条件解释？
受激拉曼效应、双光子吸收、三次谐波产生、克尔效应、自聚焦
7、光散射现象有几种？其物理机理有何不同？
8、产生自聚焦的条件是什么？它对物质和光波本身产生了什
么影响？
产生自聚焦的条件：
1).入射光束的强度在横截面上非均匀分布
2).介质折射率随入射光场强而变，变化越大，聚焦越明显
由于强光与介质相互作用的结果，有可能使介质折射率发生不均匀的变化，从而使不同截面部分的光所经历的光程长度彼此不同，也可能对光束相位、强度和频谱分布带来影响，
9、试述CARS光谱的基本原理与用途。
10、相位复共轭为何能改善波形，有何用途？
11、如何使激光武器更有效地作用？
12、试述激光加工的物理机理与过程。
2015非线性光学(复习)讲解
2015非线性光学复习绪论非线性光学进展发展阶段，重要事件（时间），著作第一章光与物质相互作用的经典理论非简谐振子模型, 电极化强度 P(n), 极化率的一般性质补充一晶体学基面础晶系的划分，晶体的对称性，点群表及国际符号，点群国际符号对应方向补充二晶体性质的数学描述张量的基本知识，张量分量的坐标变换，对称矩阵及逆变换，坐标变换矩阵，宏观对称性对张量分量的约化第三章光波在非线性介质传播的电磁理论光波在晶体中传播特性，波法线菲涅耳方程，光在单轴晶体中的传播规律，折射率椭球及折射率曲面，耦合波方程，相位匹配概念及方法，相位匹配条件及偏振分析第四章二阶非线性光学效应线性电光效应，光学整流效应，谐波、和频及差频，有效非线性系数，光参量放大与振荡，参量振荡的频率调谐第五章三阶非线性光学效应自聚焦效应、三次谐波的产生，四波混频，双光子吸收，受激Raman散射第七章四波混频与光学相位共轭四波混频与光学相位共轭第一章 非线性光学极化率的经典描述线性光学过程的经典理论1、光和物质相互作用的经典理论组成物质的原子、分子，在入射光波电磁场作用下感生出电偶极矩， 运动产生电磁波辐射。
2、谐振模型原子（分子）中电子在光频电磁场驱动下，作带阻尼的强迫运动。
3、光的散射与吸收、发射非线性光学可观察的非线性光学效应，通常要用激光，甚至脉冲强激光1、非线性过程A 、强光在介质中感应出非线性响应（本构方程）B 、介质反作用，非线性的改变光场（Maxwell eqs ） 耦合波方程组 2、电极化强度 P (n) （1.2-35~38） 3、非简谐振子模型ω02 x + a x 2 + b x 3 + … 谐振子 非简谐振子线性 二阶 三阶 … 非线性4、非线性光学极化率的对称性 ㈠ 两个普遍关系真实性条件： ),,;(),,;(1)(1)(11n n j j i n n j j i n n ωωωχωωωχσσ--=-* (E ,P 实数) 本征对易对称性: ),,;(),,;(1)(1)(11n n j j i n n j j i n n P ωωωχωωωχσσ -=-∧算符∧P 代表数对),(,),,(11n n j j ωω 的任何交换 ㈡ 透明(无损耗)介质:① 完全对易对称性: 上式中的算符∧P 还包括数对),(σωi 与其它数对的任何交换.这一对称性把同一阶的不同非线性光学效应的极化率分量之间建立关系.② Kleinman 对称性: 当介质为弱色散时, 非线性光学极化率基本上与频率无关. 例如二阶非线性极化率),;()2(βασωωωχ-ijk 若满足此对称性时便有=-=-=-),;(),;(),;()2()2()2(βασβασβασωωωχωωωχωωωχjki jik ijk 它使极化率的独立分量数目大为减少. 简并度:1212!(......)!!......!r r N M M M N M M M +++=㈢ 空间对称性:晶体具有空间对称性,各阶非线性极化率的分量之间有一定关系,使极化率的独立分量数目大为减少.设坐标变换：j ij i e A e ='，n 阶张量T , 经过座标变换,变成T ')(...)(......n f abc lf kc jb ia n l ijk T A A A A T ='如果坐标变换是按对称操作Rˆ进行,则有T T ='。
非线性光学考试答案
闭卷题1.什么是非线性效应？答：非线性光学效应的唯象描述为⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅=E E E p)2()1(χχ标量形式为⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++=32E E E p γβα2.非线性效应的应用价值。
(1) 利用非线性光学效应能够改变或控制激光器的参数通过谐波、混频、参量振荡和放大及喇曼散射过程，可以做成各种变频器，即可将一种频率的激光辐射转换为另一种波段的相干辐射，而且这种转换效率可以做得很高。
这对扩展相干辐射的波段具有相当重要的意义。
利用非线性光学效应还可以改变或控制激光器输出的其它特性，如：脉宽、功率、频率稳定性等。
(2)利用非线性光学效应研究介质本身的原子或分子的微观性质由于可调谐激光器的发展，为利用共振增强的非线性光学效应研究原子或分子的高激发态及至自电离态提供了可能性。
(3)某些非线性效应也制约了强激光在介质中的传输3.波动方程组推导。
答：麦克斯韦方程H D J tDH tBE =⋅∇=⋅∇+∂∂=⨯∇∂∂-=⨯∇ρ 物质方程P E D 0+=ε H B 0μ= E J σ=()E B t∂∇⨯∇⨯=-∇⨯∂ 000B H D J t μμμ∂∇⨯=∇⨯=+∂()NL 00022E E P E t t tμεμμσ∂∂∂∇⨯∇⨯=-⋅--∂∂∂根据矢量关系：()2E E E ∇⨯∇⨯=∇∇⋅-∇由()NL D E P 0ε∇⋅=∇⋅⋅+=得出E 0∇⋅=（ε和NL P 都不是空间坐标函数）()NL200022E E E P t t tμσμεμ∂∂∂∇=+⋅+∂∂∂为非线性介质中的波动方程。
这就是所要求的电场源P 产生的光波电场E 随时间、空间变化的波动方程。
形式上类似于经典的强迫振动方程，式中右边第一项是阻尼项，第三项是激励项，即电极化强度P 作为场的激励源。
由它激发电磁场。
知道P 可以求场E 。
4.耦合方程组的推导。
答：(),E E r t =是空间坐标和时间t 的函数，通常是不同频率分量之和()(),,n nE r t E r t =∑同样非线性电极化强度也写成多个频率分量之和()(),,NLNLnnPr t P r t =∑每一个频率分量用复振幅表示，并沿空间z 方向传播()(),.n n ik z i n n E z t E z e c c ω-=+ ()(),..nnNLik z i t nn P z t E z e c c ω-=+对每一个频率分量都满足波动方程，并假设介质无损耗()0σ=()()()22200222,,,NLn n n E z t E z t P z t z tt μεμ∂∂∂⎡⎤=+⎣⎦∂∂∂ 方程左边：()()()()()()222222n n n n n n n n n n n n ik z i t ik z i t n n n n ik z i t ik z i t ik z i t n n nE z E z e ik E z e z z z E z E z e ik e k E z e z zωωωωω-----⎡⎤∂∂∂=+⎢⎥∂∂∂⎢⎥⎣⎦∂∂=+-∂∂方程右边 ()()'200222200,n n n n NLn n NLik z i t ik z i tn n n n P E z t t t E z e P e ωωμεμμωεμω--∂∂⎡⎤⋅+⎣⎦∂∂=--方程左右两边消掉n i teω-项，并令'n n n k k k ∆=-()()()22220022n NLn n i k z n n n n n n E z E z ik k E E P z e z zμωεμω-∆∂∂+-=-⋅-∂∂ 线性响应条件且介质无损耗条件下，0NLnP=，()()22,,0;0n n E z t E z t z z∂∂==∂∂()()220n n n n k E z E z μωε=⋅在非线性响应条件下，0NLn P ≠()()()2022n NL n n i k z n n n E z E z ik P z e z zμω-∆∂∂+=-∂∂ 在慢变化振幅近似下，即()()22n n nE z E z k z z∂∂∂∂ 振幅空间慢变化近似的物理意义：在空间约化波长2λπ的范围内，振幅变化很小，可以忽略。
2015非线性光学(复习)讲解
2015非线性光学复习绪论非线性光学进展发展阶段，重要事件（时间），著作第一章光与物质相互作用的经典理论非简谐振子模型, 电极化强度 P(n), 极化率的一般性质补充一晶体学基面础晶系的划分，晶体的对称性，点群表及国际符号，点群国际符号对应方向补充二晶体性质的数学描述张量的基本知识，张量分量的坐标变换，对称矩阵及逆变换，坐标变换矩阵，宏观对称性对张量分量的约化第三章光波在非线性介质传播的电磁理论光波在晶体中传播特性，波法线菲涅耳方程，光在单轴晶体中的传播规律，折射率椭球及折射率曲面，耦合波方程，相位匹配概念及方法，相位匹配条件及偏振分析第四章二阶非线性光学效应线性电光效应，光学整流效应，谐波、和频及差频，有效非线性系数，光参量放大与振荡，参量振荡的频率调谐第五章三阶非线性光学效应自聚焦效应、三次谐波的产生，四波混频，双光子吸收，受激Raman散射第七章四波混频与光学相位共轭四波混频与光学相位共轭第一章 非线性光学极化率的经典描述线性光学过程的经典理论1、光和物质相互作用的经典理论组成物质的原子、分子，在入射光波电磁场作用下感生出电偶极矩， 运动产生电磁波辐射。
2、谐振模型原子（分子）中电子在光频电磁场驱动下，作带阻尼的强迫运动。
3、光的散射与吸收、发射非线性光学可观察的非线性光学效应，通常要用激光，甚至脉冲强激光1、非线性过程A 、强光在介质中感应出非线性响应（本构方程）B 、介质反作用，非线性的改变光场（Maxwell eqs ） 耦合波方程组 2、电极化强度 P (n) （1.2-35~38） 3、非简谐振子模型ω02 x + a x 2 + b x 3 + … 谐振子 非简谐振子线性 二阶 三阶 … 非线性4、非线性光学极化率的对称性 ㈠ 两个普遍关系真实性条件： ),,;(),,;(1)(1)(11n n j j i n n j j i n n ωωωχωωωχσσ--=-* (E ,P 实数) 本征对易对称性: ),,;(),,;(1)(1)(11n n j j i n n j j i n n P ωωωχωωωχσσ -=-∧算符∧P 代表数对),(,),,(11n n j j ωω 的任何交换 ㈡ 透明(无损耗)介质:① 完全对易对称性: 上式中的算符∧P 还包括数对),(σωi 与其它数对的任何交换.这一对称性把同一阶的不同非线性光学效应的极化率分量之间建立关系.② Kleinman 对称性: 当介质为弱色散时, 非线性光学极化率基本上与频率无关. 例如二阶非线性极化率),;()2(βασωωωχ-ijk 若满足此对称性时便有=-=-=-),;(),;(),;()2()2()2(βασβασβασωωωχωωωχωωωχjki jik ijk 它使极化率的独立分量数目大为减少. 简并度:1212!(......)!!......!r r N M M M N M M M +++=㈢ 空间对称性:晶体具有空间对称性,各阶非线性极化率的分量之间有一定关系,使极化率的独立分量数目大为减少.设坐标变换：j ij i e A e ='，n 阶张量T , 经过座标变换,变成T ')(...)(......n f abc lf kc jb ia n l ijk T A A A A T ='如果坐标变换是按对称操作Rˆ进行,则有T T ='。
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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）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(3)0(,,)()()()exp[()]xxyz m n l x m y n z l m n l E E E i t εχωωωωωωωωω-++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ωp ，ωs 非线性作用产生。
如一级反斯托克斯散射光ω's =ωp +ωv =ωp +ωp -ωs 由ωp ,ωp ,ωs 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。
(3)'(3)0(,)3(,)()()()s p p s p p s r ωεωωωωωω=-M P a a a χ(,)(,)(,)exp[(2)]*p p s p s E r E r E r i ωωω⨯-⋅K K r 101p s s ∆--='K =2K K K7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ω的方向相同，散射光ω1与强光波场ωp 的方向相反(此时，增益最大)。
②SBS 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(6.7-1)SRS 的写法,有：2(3)1111113(,,,)SBS p p p dE i E E dz cn ωχωωωω=--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)ϕ(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 ()()()i s e ϕ=r r r E A *()()()()i p se ϕ-==r r r r E E A ()()P S C ϕϕ=-r r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？二阶非线性效应中，线性电光效应最重要。
三阶非线性效应中，克尔效应最重要。
作为光开关，（书上174页，第5章三阶非线性光学效应5.1节克尔效应与光克尔效应）介绍了光克尔开关，可以写人们一般利用光克尔开关【答疑结果：实际应用中多用前者，因为后者是三阶非线性效应，而且要求广场能量必须非常高，这样就非常容易打坏器件材料！而前者是利用电场，技术成熟而且不会对器件材料造成损伤！】光克尔效应可用于构造一种超快光开关，（其原理如图见书）在政教片真气之间放置光克尔介质（样品），不加强激光脉冲（开关光束）时，任何光场都无法通过检偏器，开关处于关闭状态；一旦加上开关激光脉冲，由于感应双折射，探测光通过长度为l 的光克尔介质时，在与开关光偏振方向平行和垂直方向的分量间产生相位差://2()n n l πφλ⊥∆=∆-∆使得入射线偏振光变为椭圆偏振光，该光可以通过检偏器输出，开关处于开启状态。
（可以把后面的性质、应用也写上）以下是网上资料简述普克尔效应开关：在铌酸锂中制造的高速马赫-曾德尔调制器，作为已经有商品供给的普克尔效应开关，是通过修整尽缘缓冲层的电性能，或通过用没有直流偏置来调整器件运行，已经给器件提出了电压稳定性题目。
克尔效应开关：克尔效应，亦即由光强度通过材料中的三阶光非线性度直接控制折射率，逐一提供光信号的直接控制。
它支撑着在目前还是研究课题的甚高速光逻辑器件的技术发展。
现在能很轻易产生的甚短(fs)、甚强的多种光信号，可直接在光纤或半导体波导中相互影响，已经达到了数百Gb／s 的光数字式运行。
可是，由于强度拖累，克尔效应开关在广泛使用的带宽与强度的路由光信号方面并没有作用。
10飞秒激光器入射在玻璃中，我们能观察到什么现象？说明理由？光线的自聚焦效应,一束强激光本身就有的光克尔效应。
在中心处的折射率为最大或最小，由三阶非线性极化率是正或负所决定。
正透镜效应--使光束本身愈来愈向高强度区域聚集，这叫做自聚焦效应。
但截面较小的光束还要发生衍射效应，只有自聚焦效应强于衍射效应时，光才能表现出自聚焦现象。
自聚焦效应正比于，衍射效应(与光束焦点处的束腰半径平方成反比)。
因此，由于自聚焦作用，自聚焦效应和衍射效应同时增强。
如果后者增强得较快，则在某一点处，22n E ∝21r ∝光束将出现衍射现象。
但大多数情况下，一旦自聚焦作用开始，自聚焦效应总是强于衍射效应，自聚焦作用一直进行着(焦点位置不变)。
当自聚焦效应和衍射效应平衡时，光束在介质中传播较长的距离，光束直径不变---自陷：光丝吸收和散射将引起激光强度减弱，破坏自聚焦和衍射之间的平衡，引起光束衍射。
以下非线性光学作用使自聚焦作用中止：受激拉曼散射;受激布利渊散射;双光子吸收;光损伤。
11光折变效应在引起折射率变化上有什么特点？1)光折变效应与光强无关，光强仅影响光折变过程的速度。
通过均匀光照或加热(使电荷重新恢复均匀分布，折射率变化消失)可以消除光折变，使晶体恢复初态。
2)光折变响应是非局域的，通过光折变效应建立的折射率相位光栅在时间上滞后；在空间上非局域响应，即折射率变化最大处并非光照的最强处。
12偏振光沿着光轴方向通过石英晶体是可能发生的现象？说明理由？当一束线偏振光沿光轴方向通过石英晶体可能会发生旋光效应，其偏振面旋转的角度与材料的厚度成正比。
非涅耳解释：认为入射的平面偏振光是旋转方向相反的两个圆偏振光之和，并假定圆偏振光通过上述那些介质时是不变的，但右旋圆偏振光与左旋圆偏振光在介质中传播速度稍有不同，这两个旋转方向相反的圆偏振光在通过介质后，一个光波的相位相对于另一个便有了相移。
因此，当两个圆偏振光在介质出射面处重新组合时，偏振面便产生了旋转。
13光在非线性介质中传播时，相应的电位移矢量和电场矢量方向能否相同？正常情况下不能，特殊情况下能。
理由（）1为什么参量振荡器能过改变输出频率？在参量振荡器中是否有更高的泵浦光的频率？为什么？如果有，较高频率的辐射和较低频率的辐射哪一个更强？为什么？【答疑结果】（1）参量振荡器能改变输出频率大家都知道原因；（2）能产生高于泵浦光频率的光，（3）较低频率的更强；因为在谐振腔内的光在满足倍频或者和频的条件时将会有可能产生更高频率的光，但是较高频率的光产生条件是:在满足参量振荡的前提下还要满足和频或者倍频等额外条件，因此要求更多，实现更不容易！2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？3为什么强光脉冲通过非线性晶体时脉冲宽度要增加？群速色散，Δν.Δt≈1。