科普文：线性光学、非线性光学
线性光学与非线性光学的比较分析
线性光学与非线性光学的比较分析光学学科是物理学中重要的一个分支，它主要研究光的性质和行为。
在光学中，有两个重要的概念，线性光学和非线性光学。
这两个概念之间存在密切的联系和区别。
本文将比较分析线性光学和非线性光学之间的差异。
一、线性光学线性光学指的是当光通过一定的介质时，光的强度与入射光的强度成正比。
换句话说，当入射光的强度增加时，出射光的强度增加的比例是相同的。
这个比例是由介质本身的特性所决定的，通常被称为光学常数。
线性光学的研究主要集中在折射、衍射和干涉等现象上。
其常见的应用包括透镜、棱镜、偏光器等。
线性光学常常涉及到物理学中较为基础的知识，比如波动光学等。
二、非线性光学非线性光学是指当光通过某些介质时，光的强度与入射光的强度不再成正比。
相反，这种情况下，出射光的强度随着光强的增加而呈现出非线性增长的趋势。
非线性光学是一种更为复杂的现象，常常涉及到量子力学和统计物理等高端学科的知识。
具体来说，非线性光学中会涉及到马克斯韦方程、Bose - Einstein统计等知识。
与线性光学不同的是，非线性光学主要研究的是光的非线性现象，比如自聚焦、自相位调制等现象。
三、两者的区别线性光学和非线性光学之间的区别主要在于光强度与入射光强度的关系是否线性。
事实上，这个区别也可以用于研究光学工程中的各种现象，包括透镜处理、光导纤维制造等方面。
线性光学常常被用于处理光的传输和小信号放大，非线性光学则常常被用在光通信、人造光学和量子光学中。
2P（two-photon）显微镜、激光制冷技术、铁电材料的光学调制等都是非线性光学的应用。
总之，线性光学和非线性光学之间存在着很大的区别和联系。
线性光学常常涉及到基础物理学及常见的光学器材与技术，而非线性光学则更为复杂，也具有更加深刻的应用。
在光学工程的各种领域中，选择何种光学技术和方法都需要深入研究和比较分析，才能得出正确的结论。
线性和非线性介质中的光学现象
线性和非线性介质中的光学现象光学是关于光的物理学科，具有广泛的应用范围，从日常生活的眼镜和太阳能电池板到高科技领域的光纤通信和激光技术。
在反射、折射、干涉、衍射等基础光学现象的基础上，线性和非线性介质中的光学现象更是光学领域的重要研究方向。
一、线性介质中的光学现象线性介质是指光传播过程中，介质与光场之间的相互作用是线性的，即介质的响应仅仅是受到光场的强度和方向的影响，而响应的物理量与光场的强度和方向成比例关系。
这种比例关系是一个恒定的系数，也就是说，光场的增强或减弱都不会改变线性介质的响应。
在这种情况下，介质的光学性质受到介质中原子或分子的电子的自发并简单地发生运动的响应。
其中，线性介质中最基本的现象就是光的折射、反射和干涉。
当光通过两种不同物质交界面时，会发生折射和反射。
当光通过透明介质时，由于光速度的改变，光线的传播方向会发生偏转，称为折射。
在光的反射中，光线在界面上的传播方向发生反向偏转，称为反射。
此外，干涉是指两束光线相遇而产生的明暗相间的干涉条纹，用于测试光的波动性。
二、非线性介质中的光学现象相对于线性介质的响应，非线性介质的响应不能简单地与光场的强度和方向成比例，并且还包括光场的高阶关联。
这种高阶响应是由于介质中原子或分子的非简单响应引起的。
此外，非线性介质还会产生光的二次、三次、高次谐波等复杂的光学效应，这些都是光学领域中的重点研究对象。
1. 光学相位共轭光学相位共轭是指将光波的相位取其共轭复数，实现光场的相位翻转操作。
这个技术有着很多应用，比如高功率激光束的保护、水下传输以及医疗成像等。
2. 自聚焦效应自聚焦效应是一个非常有趣的光学现象，它是由于光强度增强引发的非线性光学效应所导致的。
在某些材料中，光子之间存在相互作用，当光强度很大时，相互作用会导致光斑自己收缩，形成非常强的光子集群，也叫光子“微堆”。
这种现象在激光器中是非常重要的，因为这可以促进激光器的放大。
3. 非线性各向异性非线性各向异性指的是光学介质中的响应与光场入射角度/极化方向相关。
非线性光学技术的研究及其应用
非线性光学技术的研究及其应用随着科技的不断发展和人类的不断探索，人类对于光学技术的研究和应用也越来越深入。
其中，非线性光学技术的研究及其应用是不可或缺的一部分。
本文将从非线性光学技术的基本概念、研究方法以及应用领域等方面进行介绍和探讨。
一、非线性光学技术的基本概念什么是非线性光学技术？简单来说，它是指光的传播过程中由于介质的存在，光的能量密度、相位等参数都会发生变化的现象。
传统的线性光学技术主要研究光的传播规律，而非线性光学技术则更加关注光与介质之间的相互作用。
非线性光学技术中经常被提及的一个概念是“非线性极化”，简称NL极化。
NL极化是介质中产生非线性光学效应的关键。
当光在介质中传播时，光的参数（如强度、相位等）在介质中会引起极化现象，这便是线性极化，其大小和方向与光的参数成正比。
然而，当光的强度很大时，光与介质分子之间的相互作用已经不是线性的了。
这时，NL极化便会出现，它的大小和方向不再与光的参数成正比，而是发生了受到光的参数多项式函数的影响的变化。
二、非线性光学技术的研究方法非线性光学技术的研究方法大致可以分为实验方法和理论方法两类。
实验方法是通过不同的实验手段来探究光与介质之间的相互作用，而理论方法则是通过建立不同的数学模型来描绘光在介质中传播的规律和行为。
对于实验方法，目前主要有以下几种：1、脉冲调制法：利用光脉冲产生由介质引起的NL极化，通过调制脉冲强度和频率来研究其产生的NL极化效应。
2、二次谐波生产法：利用光的非线性NL极化效应转换为二次谐波产生，以及其后续的二次谐波产生实验研究。
3、自聚焦法：将强光聚焦在介质中，观察其后续的NL效应，包括相位调制、非线性折射、自泵浦和自相位调制等。
在理论方法方面，涉及的数学模型也比较复杂，主要包括：1、若干物理变量相耦合的波动方程，其数值解包括了空间和时间的相互依赖关系。
2、麦克斯韦方程组：由介质的NL极化密度和介质的极化电流方程组成3、量子力学模型：对光与介质之间相互作用的散射、声子效应和分子能级结构等因素进行分析。
非线性光学现象的基本描述
非线性光学现象的基本描述导语：光学是一门研究光传播和光与物质相互作用的学科。
我们常常接触到的光学现象多数是线性光学，即光的传播和物质对光的响应遵循线性关系。
然而，当光强足够强大，或与物质相互作用时，我们就会观察到非线性光学现象。
本文将对非线性光学现象的基本描述进行探讨。
1. 非线性光学现象的起因光与物质相互作用时，通常可以用极化来描述物质对光的响应。
在线性光学中，物质的极化与光的电场强度存在线性关系。
然而，当光强足够强大时，光子与物质的相互作用变得显著，极化则不再遵循线性关系，从而引发非线性光学现象。
2. 折射率和非线性光学在介质中，光的传播速度受折射率的影响。
在非线性光学中，高光强下，光与物质的相互作用会引起折射率的变化。
这种折射率变化可导致光的自聚焦、自散焦等非线性光学现象的产生。
自聚焦是指在具有正非线性折射率的介质中，光束在传播过程中由于自身的非线性效应而逐渐凝聚，使光束变得更加集中。
而自散焦则是光束由于介质中的负非线性效应而扩散。
3. 光学非线性介质非线性光学现象广泛存在于各种介质中。
其中，某些晶体（如二硫化碳和锂酸铷）和气体（如氮气和二氧化碳）具有较强的非线性效应。
此外，光纤、液晶等也可作为非线性光学介质。
这些介质在非线性光学应用中具有重要意义。
4. 光学非线性效应的应用非线性光学现象不仅仅是一种有趣的现象，还具有广泛的应用价值。
例如，光学非线性效应可用于光通信、光储存、光计算等领域。
在光通信中，非线性光学现象可实现光脉冲的成型、调制和解调，提高通信速度和带宽。
而在光计算中，非线性光学器件可以进行光学逻辑运算和信息处理，实现光计算的高速性能。
5. 非线性光学研究的挑战尽管非线性光学现象具有丰富和多样的特性，但其研究仍然面临一些挑战。
首先，需要精确控制光强，以实现特定的非线性效应。
其次，对于复杂的非线性系统，需要建立准确的模型和理论。
此外，非线性光学的实验装置和测试方法需要不断改进和创新。
线性与非线性光学力学理论研究综述
线性与非线性光学力学理论研究综述光学力学是研究光与物质相互作用产生的力学效应的学科。
线性光学力学理论是光与物质相互作用时，力学效应与光的强度成正比的情况。
而非线性光学力学理论则是研究光与物质相互作用时，力学效应与光的强度不成正比的情况。
线性光学力学理论主要研究光的传播、吸收和散射等现象。
其中，光的传播是光学力学研究的基础。
根据麦克斯韦方程组的解，可以得到光在介质中传播的速度、折射率和衰减系数等参数。
吸收和散射是光与物质相互作用的结果。
物质吸收光的能量，使光的强度减弱；而散射则是光在物质中遇到不均匀性时改变方向的现象。
非线性光学力学理论则是研究光与物质相互作用时，力学效应与光的强度不成正比的情况。
非线性光学力学理论的研究对象包括非线性折射、非线性吸收、非线性散射等现象。
非线性折射是指光在介质中传播时，折射率与光的强度非线性相关的现象。
非线性吸收是指光在物质中被吸收时，吸收系数与光的强度非线性相关的现象。
非线性散射是指光在物质中遇到不均匀性时，改变方向的现象与光的强度非线性相关。
非线性光学力学理论的研究对于实现光信息处理、光通信、光存储等领域具有重要意义。
例如，在光信息处理中，非线性光学力学效应可以实现光学开关、光学限幅器等功能。
在光通信中，非线性光学力学效应可以实现光纤放大器、光纤激光器等设备。
在光存储中，非线性光学力学效应可以实现光存储介质的读写和擦除等操作。
在非线性光学力学理论的研究中，有一些重要的理论模型和方法。
其中，最重要的是光学非线性麦克斯韦方程组。
这个方程组描述了光在物质中传播时的非线性效应。
通过求解这个方程组，可以得到光的传播、吸收和散射等现象的理论解。
此外，还有一些数值模拟方法，如有限差分法、有限元法等，可以用来求解非线性光学力学问题。
除了理论研究，实验也是非线性光学力学研究的重要方面。
通过实验可以验证理论模型和方法的正确性，并获得新的实验现象和数据。
例如，通过实验可以观察到非线性折射、非线性吸收和非线性散射等现象，并测量它们的强度和时间特性。
线性光学与非线性光学的研究
线性光学与非线性光学的研究光学是一门研究光的传播与特性的科学。
光学的研究从一开始就十分重要，人类从古至今都在探索光学。
光学内有两大基本分支，一是线性光学，二是非线性光学。
线性光学是研究光的传播，光的反射与折射、干涉与衍射等现象的理论或实验方面的研究；而非线性光学是研究光与介质非线性特性相互作用的科学领域。
下面我们将从这两个方面谈一谈。
一、线性光学的研究线性光学最重要的是衍射、干涉、相干与偏振等实验。
其中衍射和干涉是对光波的传播和反射折射的关键因素进行了研究。
衍射是光波传播时遇到障碍物时发生的现象，可以看作是光波透过一个小孔之后向四面八方辐射。
干涉是指两个或多个波有相同的方向和相同的波长在空间内相交时，对彼此的影响相加而呈现出来的光的变化。
它在科学和技术上都有广泛应用。
相干性研究了光波的同相和反相同位的影响，可以帮助我们更好地了解各种光波的性质与规律。
而偏振则研究了光的偏振现象，帮助人们更全面地认识光线和光学。
二、非线性光学的研究非线性光学研究的重点在于对于光在介质中的非线性特性作用研究，涉及到光与介质的相互作用，如受激拉曼效应、受激瑞利散射、非线性折射等等。
非线性光学研究主要阐述了材料通过光作用而显现出的不同响应特性，如电、磁、声、硼、荧光这些非线性物理效应。
在这些效应中，最常见的是三阶非线性效应，其中光学效应是研究非常广泛的一种。
光学效应的本质是介质中物质对光强的响应，如光学吸收，非线性折射等等。
常见的应用包括激光与光信息处理等领域。
三、线性光学与非线性光学的联系从定性上看，线性光学是非线性光学的一个特例。
因为线性光学的假设是：介质对光的响应是线性的，也就是说，光的强度与介质响应之间是一一对应的。
而非线性光学则是研究非线性介质对光场的响应。
这与线性光学中的假设有区别，因为它采用了非线性描述。
但是，在某些条件下，非线性光学的效应可以转化为线性光学效应来研究。
例如，将非线性极化扩展至光场的多项式展开中，可在计算复杂的非线性光学效应时，将非线性光学效应转化为相应的线性效应，并合理处理。
非线性光学的发展历史
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。
P=c(1)E+c(2)EE+c(3)EEE+…
媒质响应 非线性关系
光对媒质的作用
线性光学与非线性光学
非线性光学：现代光学的一个分支，研究强相干
光作用下产生的非线性现象及其应用 研究光和物质之间相互作用的非线性规律； 研究由此引发的各种物理现象的规律。
探索它们在当前或今后科学技术发展中的各种可能应 用
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，
世界上第一个“中国牌”的非线性光学晶体新材料— —偏硼酸钡晶体（BBO）于1984年问世，这是我们中 国人的骄傲，是中国科学院福建物质结构研究所首创 的非线性光学晶体新材料。(1953年12月才能生产玻璃)
倍频效率最高，抗光损伤能力最高，调谐宽度最宽的 优质紫外倍频晶体。
非线性光学的发展历史
激光器里用的最多的三种类型的非线性光 学晶体是BBO、LBO和KTP。打开任何一台 高级的激光器，里面用到的非线性晶体不 外乎这三种。
各国研究的非线性光学晶体有几十种，但真正 用到商品上的就这三种。
前两种是中国发明的，第三种是美国杜邦公司 发明的，但足够大尺寸KTP也是在中国生长出 来的。
非线性光学的发展历史
1990年以来，非线性光学在如下领域取得了重大的 进展：
飞秒区非线性光学性质的研究，以及飞秒化学和飞秒 生物学；
有源、无源半导体器件在光通信中的应用； 光纤中的非线性光学，光孤子； 大容量、高速光存储 X激光器； 压缩态的实验进展；
物理学中的非线性光学和光纤光学
物理学中的非线性光学和光纤光学光学是物理学的一个重要分支，研究光的各种现象和性质，其中非线性光学和光纤光学是光学中的两个重要研究领域。
一、非线性光学非线性光学是研究光在介质中传播时，受到非线性效应影响而发生的物理现象。
在传统的线性光学中，光的传播受到介质的折射率的影响，而非线性光学中，光的传播还受到介质中的非线性响应的影响。
非线性响应是介质对于强度较高的电磁波的响应，强度较低的光束对于介质的响应可以被视为线性响应，而强度较高的光束则会引起非线性响应。
非线性响应可以分为电离、折射率、吸收、色散等方面的非线性效应。
非线性光学的研究内容包括非线性介质、非线性相位、非线性波浪等方面。
其中最常见的非线性效应是Kerr非线性效应，它是由于介质的折射率随着光强度的变化而变化引起的。
此外，还有双折射非线性效应、非线性吸收效应等。
非线性光学对于工程应用有着广泛的应用，特别是在激光器技术、光通信技术等方面，非线性光学发挥着不可替代的作用。
二、光纤光学光纤光学是研究光在光纤中的传输和控制的一个重要分支，许多现代通信技术中都涉及到了光纤光学的研究。
光纤是一种以玻璃或者高分子材料为主要材料的、具有高折射率的材料。
光可以通过光纤中的气-固界面发生全反射，在光纤中进行传输。
光纤光学研究的重点主要包括光纤传输、光波导、分布式反馈激光器等方面。
其中，分布式反馈激光器是光纤光学中的重要技术之一。
分布式反馈激光器是一种基于光纤光学原理制造的光源，具有高功率、窄带宽、单模输出等优点。
它广泛应用于光通信领域、精密测量、光谱学、制造业等领域。
总的来说，非线性光学和光纤光学都是光学中非常重要的研究领域。
伴随着科技的不断进步和发展，非线性光学和光纤光学将会有着更广泛的应用和更加深入的研究。
非线性光学现象及其应用
非线性光学现象及其应用随着科学技术的发展，非线性光学领域逐渐成为研究的热点之一。
非线性光学现象在物理学、化学以及材料科学等领域有着广泛的应用价值。
本文将介绍非线性光学现象的基本原理，以及其在通信、光存储和生物医学等方面的应用。
非线性光学现象的基本原理非线性光学现象指的是材料在高强度激光照射下产生的不符合线性关系的光学效应。
这一非线性响应是由于电子在强激光场中发生二次谐波产生、自聚焦、自调制和自相位调制等过程引起的。
其中，二次谐波产生是最常见的非线性光学效应之一，其原理是激光通过非线性光学晶体时，频率加倍形成二次谐波。
这些非线性现象可以通过材料的非线性极化来解释，其具体机理涉及电子与光子之间的相互作用过程。
非线性光学现象在通信领域的应用在通信领域，非线性光学现象被广泛应用于光纤通信系统和激光器中。
其中，在光纤通信系统中，自相位调制和自聚焦效应通过改变光信号的相位和波长来实现信号调制和传输。
这不仅提高了系统的传输速率和容量，还减少了信号损耗和噪声干扰。
此外，非线性光纤还可用于频率转换、波长多路复用和超快速数据传输等技术中。
非线性光学现象在光存储领域的应用非线性光学现象在光存储领域也有重要应用。
通过利用材料在激光场中发生退火或形成空间电荷转移的机制，可以实现激光记录、激光打印和激光扫描等技术。
这些技术具有高容量、高密度和快速读写等优点，被广泛应用于数字储存、光盘储存和高清晰度视频存储等领域。
非线性光学现象在生物医学领域的应用非线性光学现象在生物医学领域也具有广泛的应用前景。
例如，通过二次谐波成像技术可以实现对生物样品内部结构和分子分布的无损显微观测。
这为细胞生物学、组织工程和药物研发等提供了重要手段。
此外，在荧光染料标记方面，也可以利用非线性激发过程来实现更高灵敏度和更好分辨率的图像获取。
结论随着对非线性光学现象研究的不断深入，其在通信、光存储和生物医学等领域的应用前景日益广阔。
未来，随着材料科学、器件技术和计算能力的进一步提升，我们有理由相信非线性光学将迎来更加美好而广阔的发展前景。
光学材料的非线性光学特性与应用
光学材料的非线性光学特性与应用光学材料是一类具有特殊结构和性质的材料，能够对光的传播和相互作用产生非线性响应。
这些特性使得光学材料在光电子学、通信技术和光信息处理等领域有广泛的应用。
本文将探讨光学材料的非线性光学特性及其应用。
首先，我们来了解一下什么是非线性光学。
光学材料的非线性光学指的是光的传播和相互作用过程中，电磁波的光学响应随光强的增加而非线性变化的现象。
与线性光学不同的是，非线性光学材料的光学性质不仅仅取决于光的频率和波长，还受到光强和光场的空间分布的影响。
非线性光学特性主要包括光学非线性效应和非线性光学参数。
光学非线性效应是指在非线性光学材料中，光与物质相互作用时会引起新的光现象，如二次谐波产生、频率倍增、自聚焦和自相位调制等。
而非线性光学参数则用来描述材料对光场的非线性响应程度，如非线性系数、饱和光强和相位差等。
非线性光学材料的应用十分广泛。
其中，光学频率倍增技术是一种重要的应用。
通过将光束输入非线性光学材料中，利用材料的非线性效应可以将光的频率倍增，从而得到新的频率成分。
这一技术在激光器输出频率调整、量子计算和超快光学研究等领域有着重要的应用。
另外，非线性光学还可以实现光信息的传输和处理。
光纤通信是光学非线性材料应用的一个典型例子。
在光纤中，光束的传播受到非线性效应的影响，这使得光信号能够在光纤中自动调整和修正，从而提高信息传输的容量和质量。
除了上述应用外，非线性光学材料还可以用于光学传感和生物医学领域。
例如，非线性光学成像技术可以实现对生物组织的微观成像，为疾病的早期诊断提供重要依据。
另外，非线性光学材料作为传感器的材料，可以利用光的非线性过程对环境中的物质进行检测和分析。
然而，尽管非线性光学材料在多个领域有广泛应用，但其制备与性能研究仍然面临一系列难题。
首先，目前常用的非线性光学材料主要是有机分子和某些无机材料，而这些材料的响应速度较慢，对激光的功率和波长有限制。
其次，非线性光学材料的非线性系数还有提高的空间，需要进一步研究和开发。
光学中的非线性光学
光学中的非线性光学在镜头中，我们常常听到非线性光学这个术语。
它是光学领域中的一个重要分支，涉及到光与物质相互作用时产生的非线性效应。
本文将详细介绍光学中的非线性光学，并讨论其在科学研究和技术应用中的重要性。
一、非线性光学的基本概念非线性光学是指在光与物质相互作用时，光的电磁特性不在遵循线性超定理的现象。
通常情况下，光学中的光与介质的相互作用是线性的，即光的传播方式符合麦克斯韦方程组所描述的线性传播规律。
然而，当光的强度足够强时，光与介质的相互作用就会变得非线性，这时光的传播不再符合线性传播关系。
二、非线性光学效应非线性光学效应主要包括自聚焦效应、自相位调制效应、和非线性吸收效应三个方面。
自聚焦效应是指在介质中，光强足够高时将会自聚焦且形成孤子束，这一现象在激光技术和光通信系统中极为重要。
自相位调制效应是指光束在传播过程中，其相位会随着强度的变化而发生改变，造成光脉冲的相位调制，这个效应在光学通信中有重要的应用价值。
非线性吸收效应是指介质与光的相互作用会导致光的吸收增加，这一效应在传感器和激光材料的应用中有重要的作用。
三、非线性光学的应用非线性光学在科学研究和技术应用中有着广泛的应用。
首先，在光学通信领域，非线性光学效应使得光纤通信能够实现高速、大容量的数据传输，提高了现代通信的速度和质量。
其次，在激光技术方面，非线性光学可以用来实现超快激光脉冲产生，提高激光器的输出效率和功率。
此外，在光传感器的设计中，非线性光学效应也可以用来提高传感器的灵敏度和响应速度。
四、非线性光学的研究进展随着科学技术的发展，对于非线性光学的研究也在不断深入。
新材料的发现和设计使得我们能够更好地利用非线性光学效应，如铌酸锂晶体、有机聚合物和纳米材料等。
同时，新的非线性光学技术也在不断涌现，如超快光学技术、光学相位共轭技术等。
这些进展为非线性光学的应用提供了更广阔的发展空间。
五、结语非线性光学作为光学领域的重要分支，在科学研究和技术应用中发挥着重要的作用。
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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。
非线性光学现象及其应用
非线性光学现象及其应用光学是研究光的性质和现象的学科，它是一门基础性质和应用性相结合的学科。
研究光学的过程中，人们逐渐发现了一些非线性光学现象。
与线性光学不同的是，非线性光学现象表现出的态势复杂、多样，给我们带来了许多新的发现和变革。
什么是非线性光学？一般来说，线性光学指的是在光场弱到一定程度时，光介质中的电子的回复速度足够快，它对于光波只会产生线性的响应，也就是说，光波的传播并不会发生任何变化。
而非线性光学则是一种光的波动形式，它在一定的条件下能够产生一系列非线性现象。
在非线性光学中，一束强光射入光介质中，通过电子的非线性响应，能够产生一系列奇特的物理效应，这些效应是线性光学所不具备的。
与线性光学相比，非线性光学包含更多的物理效应，但同时也受到更多不确定性因素的影响，所以非线性光学的研究难度较大。
常见的非线性光学效应在非线性光学中，有很多种不同的非线性效应，下面列举出常见的一些效应。
1. 自调制（Self-focusing）当一束光在光介质中传播时，由于光的强度的不同，不同部分的光速也会有差异，从而导致光波前的形状发生变化。
当光强度足够大时，这种变化可能导致光线自聚焦，也就是以光轴为中心聚焦成一个更小的光斑。
2. 自相位调制（Self-phase modulation）自相位调制是指在非线性光学过程中，光的相位产生随时间变化的非线性变化，这一效应是由于光介质吸收和另一束光与光介质产生交互作用而引起的。
自相位调制效应在高速光通信和激光医疗中被广泛应用。
3. 非线性折射（Nonlinear refraction）当光在介质中传播时，光的折射率会随着光强度的大小而发生变化，这种现象称为非线性折射。
非线性折射可以产生自调制和自相位调制现象。
4. 非共线相互作用（Non-collinear interaction）在非线性光学中，当两束光共同作用于一个介质中时，它们会以非共线方向相互影响，从而产生一系列新的光学效应，如光产生和谐波、棱镜效应等。
线性和非线性光学过程的基本原理
线性和非线性光学过程的基本原理光学是一门研究光现象的学科，它是物理学中的一个分支。
光学过程是指光与物质相互作用的过程，其中最基本的过程是光的线性和非线性作用。
在此篇文章中，我们将讨论线性和非线性光学过程的基本原理。
一、线性光学过程在线性光学过程中，光的性质与介质的性质之间存在着线性关系，此时入射光的强度和出射光的强度是成正比的。
典型的线性光学过程包括折射、反射、色散等。
下面我们将分别介绍这些线性光学过程的基本原理。
1. 折射折射是光线从一种介质向另一种介质传播时发生的现象。
它的发生会使得光线的方向发生变化，造成所谓的“折射”。
根据斯涅尔定律，入射光线的折射角与介质间的折射率成正比。
因此，当介质的折射率不同时，光线的路径和方向也会发生改变。
2. 反射反射是指当光线从一个介质射向另一个介质的边界时，一部分光线会从边界处返回原来的介质。
在光学中，我们通常用反射率来表示光线的反射程度。
反射率也是受介质本身光学性质的影响，包括介电常数、电导率等。
3. 色散色散是指光线在通过不同介质时，由于折射率的变化会导致光线波长的变化。
简单来说，颜色由不同波长的光线组成，而这些波长会在光通过介质时被分解成不同的种类。
光在介质中的速度和波长和相位也会发生改变。
二、非线性光学过程非线性光学过程是指，光的性质和介质性质之间不再是线性关系，光的强度与介质的性质的关系是非线性的，光的传播过程中会发生重要的非线性效应，例如频率倍增、光学调制等。
下面我们将介绍一些非线性光学过程的基本原理。
1. 非线性光学吸收一个物质被照射时，光的能量可能会被吸收，并在物质内部转化为其他形式的能量。
这种过程被称为光学吸收。
在非线性光学过程中，光的强度较强时，某些物质的吸收率会非常高，因此，光的能量会很快被消耗掉。
这种现象通常被称为饱和吸收。
2. 非线性折射非线性折射是指光线通过介质时，折射定律不再成立。
在非线性光学过程中，折射率随着光强度的变化而变化。
线性光学与非线性光学现象的研究
线性光学与非线性光学现象的研究光学作为一门研究光的性质和行为的学科，在科学研究和实际应用中具有重要的地位和作用。
在光学研究领域中，线性光学和非线性光学是两个重要的分支，它们分别研究光的线性行为和非线性行为。
线性光学是指光与物质之间的相互作用遵循线性关系的现象。
光从一个介质传播到另一个介质时，遵循折射定律和菲涅尔公式等线性关系。
线性光学现象的研究涉及到光的传播、衍射、折射和吸收等基本光学现象。
其中，光的传播是光学研究的基础，研究光的传播行为对于理解光的性质和应用具有重要的意义。
光的衍射是光的波动性在物质中的表现，通过研究衍射现象，可以了解光的波动性质和光的传播规律。
光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时的偏折现象，通过研究光的折射现象，可以得到光的折射定律和折射率等重要参数。
光的吸收是光与物质相互作用时，光能量被转化为物质内部能量的过程，通过研究吸收现象，可以了解光与物质之间的相互作用机制。
非线性光学是指光与物质之间存在非线性关系的现象。
非线性光学现象的研究涉及到强激光与物质相互作用时的非线性效应。
相对于线性光学，非线性光学具有更为丰富和复杂的现象和效应。
非线性光学现象的研究对于理解光与物质之间的相互作用机制、实现激光技术和光学器件的高效性能等具有重要的意义。
在非线性光学研究中，光的非线性效应成为焦点。
光的非线性效应包括自相位调制、双光束混频、二次谐波产生等。
这些非线性效应的研究为光学器件的性能优化和光学技术的发展提供了理论基础。
线性光学和非线性光学的研究不仅在理论上有着重要的价值，而且在实际应用中也有着广泛的用途。
线性光学技术在通信、成像、光电子器件等领域具有重要的应用价值，如光纤通信系统、摄像机、激光雷达等。
非线性光学技术则在高效激光产生、光学信息处理和光学器件实现等方面具有广泛的应用，如超快激光器、光学计算和光学微结构器件等。
总之，线性光学与非线性光学是光学研究中的两个重要分支，它们研究光的线性行为和非线性行为，具有重要的理论价值和实际应用价值。
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引言：光学作为一门研究光的传播和相互作用的学科，一直以来都是物理学的重要分支之一。
在光学研究中，线性光学一直是主流，但随着科技的发展和需求的变化，非线性光学逐渐崭露头角，并在各个领域展现出广阔的应用前景。
本文将介绍非线性光学的基本原理和一些应用。
一、非线性光学的基本原理1. 线性光学与非线性光学的区别线性光学是指光在物质中的传播过程中，光的电场强度与介质中电场的关系满足线性关系的光学现象。
而非线性光学则是指光在物质中的传播过程中，光的电场强度与介质中电场的关系不满足线性关系的光学现象。
2. 非线性光学的基本原理非线性光学的基本原理可以通过非线性极化来解释。
当光束通过介质时，光与介质中的电子或分子相互作用，导致介质中的极化现象。
在线性光学中，极化与电场强度之间满足线性关系，而在非线性光学中，极化与电场强度之间存在非线性关系。
这种非线性关系可以通过非线性极化的高阶项来描述，如二阶非线性极化、三阶非线性极化等。
二、非线性光学的应用1. 光学通信非线性光学在光学通信中发挥着重要作用。
光纤通信系统中，光信号的传输过程中会受到色散效应的影响，而非线性光学可以通过光纤中的非线性效应来抵消色散效应，提高光信号的传输质量和距离。
2. 激光技术非线性光学在激光技术中也有广泛的应用。
例如，二次谐波产生是一种常见的非线性光学效应，可以将激光的频率加倍，得到更高频率的激光。
这对于一些需要高频率激光的应用，如光谱分析、生物医学成像等具有重要意义。
3. 光学信息处理非线性光学在光学信息处理中也有着重要的应用。
例如，光学相位共轭技术可以通过非线性光学效应实现光信号的相位反转，从而实现光信号的复制和放大。
这对于光学存储、光学计算等领域具有重要意义。
4. 光学显微镜非线性光学在显微镜领域也有广泛的应用。
例如，多光子显微镜利用非线性光学效应，通过激光在样品中的多次光子吸收来实现高分辨率的三维显微成像。
这对于生物学、医学等领域的研究具有重要意义。
非线性光学的基础和应用
非线性光学的基础和应用光学是一门探索光的本质和光与物质的相互作用的学科，其研究包括线性光学和非线性光学。
线性光学是指光与介质之间的相互作用是线性的情况，这种情况下光的传播性质是非常简单的。
而非线性光学则是指光与介质之间的相互作用是非线性的情况，这时候光的传播性质就变得相对复杂，但是也具有更加丰富和重要的应用。
非线性光学的基础在了解非线性光学的应用之前，我们要先理解非线性光学的基础。
非线性光学研究的对象是光在物质中传播时的非线性相互作用，也就是所谓的光学非线性效应。
下面我们将介绍几种非线性光学效应:1. 二阶非线性光学效应二阶非线性光学效应是指介质中的非线性极化率随电场强度的平方变化而发生变化。
这种效应最早在20世纪50年代被发现，原理是利用双折射现象。
二阶非线性光学效应在半导体激光器、起光器等光器件中得到了广泛应用。
2. 三阶非线性光学效应三阶非线性光学效应是指介质中的非线性极化率随电场强度的三次方变化而发生变化。
这种效应最早被认识到是由于顺次散射和非弹性布里渊散射引起的。
三阶非线性光学效应在激光器、制备反射率高的光学元件、光纤信号调制等领域都得到了广泛的应用。
3. 光学谐振腔非线性效应光学谐振腔非线性效应是指光在光学谐振腔中的传输过程中由于介质非线性极化率的变化产生的非线性效应。
这种效应常常被用来制备高稳定性的激光源和用作量子计算中的光学器件。
4. 非线性波导非线性效应非线性波导非线性效应是指光在非线性波导中的传输过程中由于介质非线性极化率的变化产生的非线性效应。
这种效应可以被用来制备高效率的光纤光放大器、光调制器、非线性相控阵激光器等。
非线性光学的应用非线性光学在现代光学技术中发挥着重要的作用。
在实际应用中，对于非线性光学进行深入的研究，能够为工程技术提供诸多的有益信息和可行性方案，具有广泛的应用前景。
目前，非线性光学已经应用到了很多领域，包括：1. 光通信和光储存在光通信和光储存领域，非线性光学的作用越来越重要。
非线性光学的基本原理和应用
非线性光学的基本原理和应用随着科技的进步，非线性光学在光学领域中已经变得越来越重要。
传统的线性光学学科研究的是光在材料中传播时不会改变强度和频率的现象，而非线性光学则研究光与物质发生相互作用时出现非线性响应的现象。
本文将介绍非线性光学的基本原理和应用。
非线性光学的基本原理可以用麦克斯韦方程组来描述。
在介质中，光波的传播可以通过非线性极化率来描述。
当电磁波的电场强度增加时，介质中的极化率将出现非线性响应。
这导致了光与物质之间的相互作用变得更加复杂。
非线性光学的应用非常广泛。
其中一个应用是在光通信领域中。
由于光纤中的信号传输非常迅速，因此非线性光学效应会对信号的传播产生影响。
在高速光通信系统中，非线性光学效应可能会导致信号失真和相位失真，从而降低通信质量。
因此，研究和理解非线性光学效应对于光通信系统的设计和优化至关重要。
另一个非线性光学的应用是在激光技术中。
激光是一种具有高度相干性、高单色性和高亮度的光源。
然而，在高功率激光器中，非线性光学效应会导致非线性吸收和非线性折射，从而降低激光输出功率和束质量。
为了克服这些问题，研究人员可以利用非线性光学材料来控制光的传播和调制光的特性。
例如，利用非线性光学晶体可以实现光频率倍增、光频率混频和光放大等过程。
这些技术在激光器和光学器件中有着广泛的应用。
另外一个重要的应用是在光学成像领域。
非线性光学成像技术可以提供超分辨率和高对比度的成像效果。
通过利用非线性光学效应，可以获得比传统线性成像技术更高的空间分辨率和更好的成像对比度。
这对于生物医学成像和材料科学研究非常有用。
此外，非线性光学还可以应用于光场调控和光子学器件的制备。
通过利用非线性光学效应，研究人员可以调控光的相位、振幅和极化，实现光学器件的功能设计。
例如，通过非线性光学效应可以制备光纤布拉格光栅，用于光谱分析和传感器。
总而言之，非线性光学是近年来光学领域中引人注目的研究领域。
它不仅拓展了我们对光与物质相互作用的理解，而且也在多个领域中有着重要的应用。
非线性光学现象的理论解释
非线性光学现象的理论解释引言非线性光学是研究材料中光与光之间的相互作用的一个重要领域。
相比于线性光学，非线性光学涉及到更加复杂的光与物质相互作用的过程，包括光与物质的非线性极化、非线性吸收、非线性折射等。
非线性光学现象在许多领域中都有重要的应用，例如光通信、光储存、激光加工等。
本文将对非线性光学现象的理论解释进行探讨，介绍非线性光学的基本原理、数学描述和一些典型的非线性光学现象。
非线性光学的基本原理非线性光学现象是由光与物质的相互作用引起的。
在传统的线性光学中，光与物质的相互作用可以通过极化率来描述，即材料的响应与光的电场成正比。
然而，当光的强度较强时，材料的响应可能不再是线性的，而呈现出非线性的特性。
这种非线性响应可以通过非线性极化率来描述，非线性极化率与光的功率成正比。
在非线性光学中，光与物质相互作用的过程可以用非线性方程组来描述。
光的传播方程是著名的麦克斯韦方程组，而物质的响应方程可以通过非线性极化率和电荷守恒定律等来推导。
这些方程组是非线性偏微分方程组，解析解很难求得，需要借助数值计算方法。
非线性光学的数学描述非线性光学的数学描述主要涉及到麦克斯韦方程组与物质的响应方程。
首先，麦克斯韦方程组可以写作：$$ \\begin{align*} \ abla \\cdot \\mathbf{E} &= \\frac{\\rho}{\\varepsilon_0} \\\\ \ abla \\times \\mathbf{E} &= -\\frac{\\partial \\mathbf{B}}{\\partial t}\\\\ \ abla \\cdot \\mathbf{B} &= 0 \\\\ \ abla \\times \\mathbf{B} &= \\mu_0 \\mathbf{J} + \\mu_0\\varepsilon_0 \\frac{\\partial \\mathbf{E}}{\\partial t}\\end{align*} $$其中，$\\mathbf{E}$和$\\mathbf{B}$分别表示电场和磁场，$\\rho$和$\\mathbf{J}$分别表示电荷密度和电流密度，$\\varepsilon_0$和$\\mu_0$分别表示真空中的介电常数和磁导率。
科普文：线性光学、非线性光学
科普文：线性光学、非线性光学现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。
激光问世之前，基本上是研究弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常量，介质的极化强度与光波的电场强度成正比，光波叠加时遵守线性叠加原理（见光的独立传播原理）。
在上述条件下研究光学问题称为线性光学。
对很强的激光，例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时，光与介质的相互作用将产生非线性效应，反映介质性质的物理量（如极化强度等）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。
介质极化率P与场强的关系可写成P＝α1E＋α2E2＋α3E3＋…非线性效应是E项及更高幂次项起作用的结果。
发展简史非线性光学的早期工作可以追溯到1906年泡克耳斯效应的发现和1929年克尔效应的发现。
但是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。
激光的出现为人们提供了强度高和相干性好的光束。
而这样的光束正是发现各种非线性光学效应所必需的(一般来说，功率密度要大于10～10W/cm,但对不同介质和不同效应有着巨大差异)。
自从1961年P.A.弗兰肯等人首次发现光学二次谐波以来，非线性光学的发展大致经历了三个不同的时期。
第一个时期是1961～1965年。
这个时期的特点是新的非线性光学效应大量而迅速地出现。
诸如光学谐波、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等都是这个时期发现的。
第二个时期是1965～1969年。
这个时期一方面还在继续发现一些新的非线性光学效应，例如非线性光谱方面的效应、各种瞬态相干效应、光致击穿等等；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，以及发展各种非线性光学器件。
第三个时期是70年代至今。
这个时期是非线性光学日趋成熟的时期。
其特点是：由以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的研究；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，则由纳秒进入皮秒领域。
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科普文：线性光学、非线性光学
现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。
激光问世之前，基本上是研究弱光束在介质中的传播，确定介质光学性质的折射率或极化率是与光强无关的常量，介质的极化强度与光波的电场强度成正比，光波叠加时遵守线性叠加原理（见光的独立传播原理）。
在上述条件下研究光学问题称为线性光学。
对很强的激光，例如当光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟时，光与介质的相互作用将产生非线性效应，反映介质性质的物理量（如极化强度等）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。
介质极化率P与场强的关系可写成
P＝α1E＋α2E2＋α3E3＋…
非线性效应是E项及更高幂次项起作用的结果。
发展简史非线性光学的早期工作可以追溯到1906年泡克耳斯效应的发现和1929年克尔效应的发现。
但是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。
激光的出现为人们提供了强度高和相干性好的光束。
而这样的光束正是发现各种非线性光学效应所必需的(一般来说，功率密度要大于10～10W/cm,但对不同介质和不同效应有着巨大差异)。
自从1961年P.A.弗兰肯等人首次发现光学二次谐波以来，非线性光学的发展大致经历了三个不同的时期。
第一个时期是1961～1965年。
这个时期的特点是新的非线性光学效应大量而迅速地出现。
诸如光学谐波、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等都是这个时期发现的。
第二个时期是1965～1969年。
这个时期一方面还在继续发现一些新的非线性光学效应，例如非线性光谱方面的效应、各种瞬态相干效应、光致击穿等等；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，以及发展各种非线性光学器件。
第三个时期是70年代至今。
这个时期是非线性光学日趋成熟的时期。
其特点是：由以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的研究；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，则由纳秒进入皮秒领域。
这些特点都是和激光调谐技术以及超短脉冲激光技术的发展密切相关的。
常见非线性光学现象有：①光学整流。
E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。
②产生高次谐波。
弱光进入介质后频率保持不变。
强光进入介质后，由于介质的非线性效应，除原来的频率ω外，还将出现2ω、3ω、……等的高次谐波。
1961年美国的P.A.弗兰肯和他的同事们首次在实验上观察到二次谐波。
他们把红宝石激光器发出的3千瓦红色（6943埃）激光脉冲聚焦到石英晶片上，观察到了波长为3471.5埃的紫外二次谐波。
若把一块铌酸钡钠晶体放在1瓦、1.06微米波长的激光器腔内，可得到连续的1瓦二次谐波激光，波长为5323埃。
非线性介质的这种倍频效应在激光技术中有重要应用。
③光学混频。
当两束频率为ω1和ω2（ω1＞ω2）的激光同时射入介质时，如果只考虑极化强度P的二次项，将产生频率为ω1＋ω2的和频项和频率为ω1－ω2的差频项。
利用光学混频效应可制作光学参量振荡器，这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源，可发射从红外到紫外的相干辐射。
④受激拉曼散射。
普通光源产生的拉曼散射是自发拉曼散射，散
射光是不相干的。
当入射光采用很强的激光时，由于激光辐射与物质分子的强烈作用，使散射过程具有受激辐射的性质，称受激拉曼散射。
所产生的拉曼散射光具有很高的相干性，其强度也比自发拉曼散射光强得多。
利用受激拉曼散射可获得多种新波长的相干辐射，并为深入研究强光与物质相互作用的规律提供手段。
⑤自聚焦。
介质在强光作用下折射率将随光强的增加而增大。
激光束的强度具有高斯分布，光强在中轴处最大，并向外围递减，于是激光束的轴线附近有较大的折射率，像凸透镜一样光束将向轴线自动会聚，直到光束达到一细丝极限（直径约5×10-6米），并可在这细丝范围内产生全反射，犹如光在光学纤维内传播一样。
⑥光致透明。
弱光下介质的吸收系数（见光的吸收）与光强无关，但对很强的激光，介质的吸收系数与光强有依赖关系，某些本来不透明的介质在强光作用下吸收系数会变为零。
研究非线性光学对激光技术、光谱学的发展以及物质结构分析等都有重要意义。
非线性光学研究是各类系统中非线性现象共同规律的一门交叉科学。
目前在非线性光学的研究热点包括：研究及寻找新的非线性光学材料例如有机高分子或有机晶体等。
并研讨这些材料是否可以作为二波混合、四波混合、自发振荡和相位反转光放大器等、甚至空间光固子介质等。
常用的二阶非线性光学晶体有磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氢铵（ADP）、磷酸二氘钾(KD*P)、铌酸钡钠等。
此外还发现了许多三阶非线性光学材料。
应用从技术领域到研究领域，非线性光学的应用都是十分广泛的。
例如：①利用各种非线性晶体做成电光开关和实现激光的调制。
②利用二次及三次谐波的产生、二阶及三阶光学和频与差频实现激光频率的转换，获得短至紫外、真空紫外，长至远红外的各种激光；同时，可通过实现红外频率的上转换来克服目前在红外接收方面的困难。
③利用光学参量振荡实现激光频率的调谐。
目前，与倍频、混频技术相结合已可实现从中红外一直到真空紫外宽广范围内调谐。
④利用一些非线性光学效应中输出光束所具有的位相共轭特征，进行光学信息处理、改善成像质量和光束质量。
⑤利用折射率随光强变化的性质做成非线性标准具和各种双稳器件。
⑥利用各种非线性光学效应，特别是共振非线性光学效应及各种瞬态相干光学效应，研究物质的高激发态及高分辨率光谱以及物质内部能量和激发的转移过程及其他弛豫过程等。