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。
超快光学-第07章-非线性光学
非线性光学效应的微观机制
量子隧道效应
在微观尺度上，光子与物质相互作用时，由于量子 力学效应，光子可以穿过能量势垒，导致非线性光 学效应的产生。
分子振动和电子跃迁
在物质分子中，光子与电子和分子振动相互作用， 导致电子跃迁和分子振动激发，进一步产生非线性 光学效应。
多光子吸收和激发态吸收
在强激光作用下，物质可能发生多光子吸收或激发 态吸收，导致非线性光学效应的产生。
06
非线性光学的前沿研究
超快非线性光学
01
02
03
飞秒激光技术
利用飞秒激光脉冲的超短 时间和超高强度特性，实 现非线性光学效应的快速 响应和高效转换。
瞬态光谱技术
通过测量非线性光学过程 的瞬态光谱，研究超快时 间尺度下的光子能量转移 和物质动态行为。
光学频率梳技术
利用超快激光器产生高重 复频率的光学频率梳，实 现宽光谱范围的光学频率 测量和控制。
脉冲宽度是描述脉冲持续时间的重要参数，通过 测量脉冲宽度可以了解光脉冲的能量分布和时间 特性。常见的脉冲宽度测量技术包括示波器法、 自相关法、光谱分析法等。
自相关法
利用光脉冲的自相关性质，通过测量自相关函数 的峰值位置来计算脉冲宽度。该方法精度较高， 但需要稳定的脉冲源和复杂的实验装置。
示波器法
利用示波器直接观察脉冲信号的时域波形，通过 测量脉冲的前沿和后沿时间差来计算脉冲宽度。 该方法简单直观，但精度较低。
02
非线性光学的基本原理
二阶非线性光学效应
80%
二次谐波产生
当强激光作用于物质时，物质中 的非线性极化率会导致光波的倍 频现象，产生频率为原来频率两 倍的光波。
100%
光学混频
当两束频率不同的光波同时作用 于物质时，由于非线性极化率的 作用，产生第三种频率的光波。
光学材料中的非线性光学特性分析
光学材料中的非线性光学特性分析光学材料是指能够对光进行控制、调节以及产生新的光学效应的材料。
非线性光学特性是光学材料中一种重要的现象，其研究在光通信、激光技术、光信息处理等领域具有广泛的应用价值。
本文将对光学材料中的非线性光学特性进行分析，探讨其机理以及应用前景。
1. 非线性光学特性简介非线性光学特性是指当光与光学材料相互作用时，产生的光学效应与入射光强度不呈线性关系的现象。
与线性光学特性不同，非线性光学特性由于其强度依赖关系的非线性性质，使得光学材料在应用中具有更加丰富的功能和效果。
常见的非线性光学效应包括二次谐波发生、和频与差频发生、自聚焦、自相位调制等。
2. 非线性光学效应的机理非线性光学效应的产生是由于光照射到光学材料中的原子或分子后，其能级结构发生变化并引发非线性相互作用。
比如，二次谐波发生是由于材料的非线性极化率产生了非线性响应，将入射的光分解为频率为二倍的新光。
自聚焦效应是由于材料的光折射率与光强度的关系非线性，使得光束在传播过程中自动聚焦。
3. 光学材料中的非线性光学特性研究方法为了研究和应用光学材料中的非线性光学特性，科学家们发展了多种实验方法。
其中，著名的方法包括Z-scan技术、功率扭曲、相位匹配等。
Z-scan技术可测量材料的非线性吸收和折射率，并通过测量传播动力学过程来分析非线性效应。
功率扭曲实验通过改变光束强度来研究材料的非线性响应。
相位匹配为材料中的非线性效应提供了最佳的相位条件，以增强非线性光学效应。
4. 非线性光学特性在光通信中的应用非线性光学特性在光通信中具有重要的应用价值。
比如，光纤通信中信号调制和光时钟的生成都离不开非线性光学效应。
非线性光学特性还可用于光通信中的光放大器、光开关和光限幅器等器件的设计和制造。
利用非线性光学特性，还可以实现光通信中的非线性光调制和光波混频等功能。
5. 非线性光学特性在激光技术中的应用非线性光学特性在激光技术中有着广泛的应用。
物理学中的非线性光学现象
物理学中的非线性光学现象在我们日常所接触的物理世界中，线性光学现象占据了大部分的经验和认知。
然而，当我们深入探究光与物质相互作用的微观层面时，会发现一个充满奇妙和复杂性的领域——非线性光学。
线性光学遵循着一些简单而直观的规律，比如光的折射、反射和吸收等，在这些过程中，输入光的强度与输出光的强度成正比。
但非线性光学现象却打破了这种线性关系，展现出了更为丰富和奇特的特性。
让我们先来了解一下什么是非线性光学现象。
简单来说，当光与物质相互作用时，如果响应与光的电场强度不成正比，就出现了非线性光学效应。
这意味着，当光的强度足够大时，物质对光的响应不再是简单的线性叠加，而是会产生一些新的、独特的光学现象。
其中一个重要的非线性光学现象是二次谐波产生。
想象一下，当一束特定频率的激光照射到某些非线性晶体上时，会产生频率为入射光两倍的新的光波。
这就好像原本的“旋律”在与物质的“互动舞蹈”中，意外地创造出了一个“高音和声”。
这种现象在激光技术、生物医学成像等领域都有着重要的应用。
另一个有趣的非线性光学现象是和频与差频产生。
当两束不同频率的光同时照射到非线性介质上时，会产生它们频率之和或之差的新光波。
这就像是两种不同的“音符”在物质这个“舞台”上碰撞，产生了全新的“音律”。
这种现象在光学频率转换、光谱分析等方面发挥着关键作用。
自聚焦和自散焦现象也是非线性光学中的奇特表现。
当强光通过某些介质时，由于介质的折射率会随光强的变化而改变，可能导致光自己聚焦成更细的光束，或者相反地，变得更加发散。
这就好像光在介质中具有了“自我塑形”的能力。
还有一种常见的非线性光学现象是光限幅。
在一些特殊的材料中，当入射光的强度较低时，材料对光的透过率较高；但当光强超过一定阈值时，透过率会急剧下降，从而限制了强光的通过。
这就像是给光的传播设置了一个“安全阀”，保护了后续的光学系统免受强光的损害。
那么，非线性光学现象是如何产生的呢？这主要与物质的微观结构和电子的运动状态有关。
非线性光学及其现象课件
详细描述
当化。这种变化与光强 有关，因此是一种非线性效应。克尔效应在光学通信、光学存储和光学控制等领域有重
要应用。
双光子吸收和双光子荧光
总结词
双光子吸收和双光子荧光是两种重要的非线性光学现象 。
详细描述
双光子吸收是指一个材料在两个光子的共同作用下吸收 能量的过程。这种过程在激光医学、光刻和光学存储等 领域有广泛应用。双光子荧光则是材料在双光子激发下 发射荧光的非线性光学现象，常用于生物成像和化学检 测等领域。
非线性光学与其他领域的交叉发展
非线性光学与信息光学的交叉 发展
随着信息光学的发展，非线性光学与信息光学的交叉 领域不断涌现，如量子通信、光计算、光存储等，这 些领域的发展有助于推动非线性光学的发展和应用。
非线性光学与生物医学光学的 交叉发展
非线性光学在生物医学领域的应用不断拓展，如光学成 像、光热治疗、光动力治疗等，这些领域的发展有助于 推动非线性光学在生物医学领域的应用和发展。
VS
详细描述
在强激光作用下，非线性介质中的电子在 吸收一个光子的能量后，可能会发生多个 电子跃迁，这种现象称为多光子吸收。这 种现象通常发生在高强度激光脉冲通过物 质时，对物质的高频特性有重要影响。
光学参量放大和振荡
总结词
光学参量放大和振荡是指利用非线性介质的 参量效应，实现光的放大或振荡的现象。
随着新材料技术的不断发展，新型非线性光 学材料不断涌现，如有机非线性光学材料、 复合非线性光学材料等，这些新材料具有更 高的非线性光学系数和更宽的响应范围，为 非线性光学的发展提供了新的可能性。
新材料对非线性光学性能 的提升
新型非线性光学材料不仅具有更高的非线性 光学系数，而且具有更快的响应速度和更低 的阈值，有助于提高非线性光学的转换效率
非线性光学
非线性光学非线性光学（NonlinearOptics）是光学中一个新兴的领域，它涉及到光与物质间相互作用的基础理论及其在实验室中的应用。
它是由20世纪50年代以来经过不断推进发展而来，逐渐成为光学研究中一个重要组成部分。
在光学研究中，随着大量研究，人们发现了下面几种形式的非线性光学现象：非线性折射、非线性屈折、非线性发射、非线性衍射、介质中的非线性共振及非线性干涉等。
首先，谈谈非线性折射。
非线性折射是指在介质中的光强度发生变化的情况下，光的折射率也会随之发生变化。
这种变化经常在激光器及光纤中出现。
非线性折射也能被用来实现光学元件的聚焦及散焦。
非线性折射可以利用介质中的离子链中空心光纤的实现。
其次，讨论非线性屈折。
这是一种可以改变介质中光的传播方向的现象，它能将光从原来的方向转向新的方向。
它可以用来调节光。
这种现象通常发生在非线性介质中，例如晶体、液体，及其他类型的介质中。
再次，探讨非线性发射。
非线性发射是指在介质中，由于光的强度发生改变，导致物质对光的反应也发生变化，也就是说物质会产生自发辐射。
当物质在强光场中受到激发，会产生一类新的光，该光被称为非线性发射。
非线性发射，例如荧光（fluorescence）、激发荧光（excitation fluorescence），它的发射品质可能比原始光的品质要高，也可能比原始光的品质要低。
此外，非线性衍射也是一种常见的非线性光学现象。
它指的是当物质在入射的光的波长或强度发生变化时，反射的光会发生变化。
这种变化可以使反射的光被分离成不同的波长，或者可以使反射的光变成多个光束。
再者，讨论一下介质中的非线性共振。
它是指在一定的条件下，当光入射到动态可变的介质中，会产生对光变化的反馈，以达到共振或稳定性的效果。
非线性共振也是实现光学元件的一种方法，如激光器、调制器等。
最后，介绍一下非线性干涉。
它是指当入射的光的强度与介质的参数相互作用时，可以通过相干、共振抑制等现象来调节光的传播过程，从而形成有特定的干涉图案。
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。
非线性光学的原理和应用
非线性光学的原理和应用随着科学技术的不断进步，人们对于光的研究也越来越深入，光的波动性和粒子性使得光成为了一种非常有趣的研究对象。
而非线性光学则是光学研究中的重要分支之一。
本文将从什么是非线性光学、非线性光学的原理、非线性光学的应用等几方面来探讨该领域。
什么是非线性光学非线性光学简单来说就是当光场或光子流密度在光学介质中的强度很大时，介质的响应就不再遵循线性关系，而是会有类似于浸染效应、倍增效应等等非线性效应的表现。
这种效应的出现既可以是由于光场强度增加产生的光学非线性响应导致的，也可以是介质内部的非线性响应导致的。
在光场或光子流密度足够小的情况下，光场可以视为线性，则光的传输过程就可以视为微扰的线性系统，那么一旦光场强度超过一定阈值，光就不再遵循线性关系，就会产生非线性效应。
非线性光学的原理在非线性光学中，非线性效应主要分为三类：颠簸、三阶、四阶。
其中，三阶非线性效应（非线性折射率）是非常重要的，该效应来源于二阶非线性响应的积分积累效应，使光在介质中传输时光路及传播速度会产生改变。
保守系统中的非线性效应大多源自于材料的非线性折射率。
而行程或非行程中的非线性效应则是由于一些非线性折射率（由介质质量的快速变化引起的非线性折射率）或自制行的非线性材料性质。
生成二倍频和三倍频的原理光非线性效应的一个直接应用，是新型高效频率换能材料的开发，例如用于激光的谐频（2倍频）或三倍频（3倍频），甚至更高次倍频。
生成二倍频和三倍频的原理是将激光辐射进结构关紧的非线性晶体内，基频光与谐频光可以通过非线性光学效应相互耦合，形成新的谐频光。
当光强足够强时，非线性效应可以明显地改变光的相位，而且基频光本身对于部分介质也会表现出较强的非线性响应，因此如果光的强度足够高，基频光和谐频光相互作用的效应就会更加强烈。
通过多次倍频，我们就可以得到更高次的频率，如四倍频、五倍频等等。
非线性光学的应用非线性光学在实际应用方面也广泛存在。
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非线性光学论文非线性光学综述：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，介质的极化强度正比于光波的电场强度E，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。
发展过程历史：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年克尔效应的现像。
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1010W/cm2（但对不同介质和不同效应有着巨大差异）。
1958年，Schawlow和Townes指出激光可以在红外和可见光频段实现在这篇文章发表之后，很多实验室立即开始竞争，去实现这一理想．1960年5月，Maiman首先发现了红宝石激光器激光的发明，引导出很多新的学科，对我们今天的科学技术以及日常生活都产生了重大影响．其中最重要的学科之一就是非线性光学，它对半个世纪以来科技的发展起了十分重要的作用．激光的光场或电场可以很强．早年，微波和射频方面的研究已经证明，当电场很大的时候，会产生非线性现象．这是因为电场与物质相互作用时，如果电场很小，表达式中的非线性项可以忽略，产生的偶极子实际上与电场成正比（即线性效应），而当电场很大时，非线性项不能再被忽略，因而可以产生二次倍频、混频等现象，这在微波和射频的实验中得到证实．我们可以预测，当光电场达到近１ｋＶ／ｃｍ时，在光波波段也会产生类似的非线性现象。
红宝石激光器出现后，人们立即想到非线性光学现象可能被观察到．1961年，Franken等用红宝石激光照射石英晶体，然后用棱镜光谱仪去分析透射的光．发现在光谱上除了基频信号外，还有一个很弱的二倍频的斑点，首次证实了二倍频的产生。
如果有了很强的光场，很容易看到非线性光学现象．在提高脉冲激光的峰值光场或强度方面，早年发展了一个所谓的调Ｑ激光技术其原理是，当激光被泵浦时，把激光的共振腔关掉，让泵浦源持续不断地把能量注入并存储在激光介质中，然后在短时间内把共振腔打开，使储存在介质里的能量转换成光能，出现在一个很短的激光脉冲里，这叫巨脉冲，也叫调Ｑ脉冲激光．巨脉冲的光场就非常强．因此，一些简单的非线性光学现象都很容易被看到，例如二次谐波、和频等．当频率为ω１，ω２的光同时进入一介质时，会在介质中产出（ω１＋ω２）频率的极化偶极矩，它的辐射就是和频的输出．如果要转换效率高，光的输入和输出一定要满足光的动量守恒，也就是我们说的相位匹配条件。
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。
基本理论：介质极化率P与场强E的关系可写成非线性效应是E的一次方项，以及比其更高次方的项共同起作用所产生的结果。
光与物质的线性相互作用过去的光学理论认为，介质的极化强度与入射光波的场强成正比。
于是，表征物质光学性质的许多参数，如折射率、吸收系数等都是与光强无关的常量。
普遍的光学实验证实，单一频率的光通过透明介质后频率不会发生任何变化，不同频率的光之间不会发生相互耦合作用。
激光出现后的短短的几年内，人们观察到许多用过去的光学理论无法解释的新效应。
为了解释这些新效应，产生了非线性光学理论。
激光是极强的相干光,高度比普遍光高几十亿倍,场强高次方项对介质极化的影响不能忽略。
由麦克斯韦方程可导出包括光波场强高次方项作用在内的非线性波动方程组。
这样，大部分新的光学现象都可以得到满意的解释。
已观察到的非线性光学效应主要有光二倍频、和频、差频、光参量振荡（放大）、高次倍频、自聚焦、自透明等。
和频频率为v1和v2的两束光（其中至少有一束是激光）同时入射到某些介质中时,产生频率为v=v1+v2的光束。
差频频率为v1和v2(v1＞v2)的两束光(其中至少有一束是激光) 同时入射到某些介质中时，产生频率为v3＝v1－v2的光束。
高次倍频频率为v的激光入射到某些介质中时，产生频率为3v的激光。
这种现象称为三倍频,或称为三次谐波发生。
类似的还有四倍频、五倍频等。
自聚焦在强激光作用下，介质的折射率不再是一个常量，而与光强有关。
这可能使平行的激光束射入介质后会聚成一束细丝，且以这种细丝状在介质中继续传播。
自透明在强激光作用下介质的吸收系数减小，即对某些频率的弱光辐射是不透明的介质，对同样频率的强激光则变成透明的。
目前发展状态：超快光谱术通常采用的是脉冲激光泵／测的手段，光源一般用的是皮秒或飞秒的脉冲激光．首先在零时刻，泵浦的激光脉冲激发了物质，然后探测的脉冲激光，在不同时间，像照相一样可以去探讨物质被激发后的弛豫动态，用可见飞秒激光脉冲光激发一个晶体，然后用短脉冲Ｘ光去探测，就可以看到来自被激发晶体的衍射．当晶体吸收的泵光能量开始使晶体熔解时，它的衍射强度就开始下降，这就告诉你晶体熔解的过程及时间。
相干非线性光学也是一个比较前沿的领域．相干性来自光波的相位，激光有很清楚的相位，因此相干性强．在某些非线性光激发物质的过程中有显著的影响．这类利用控制相位来控制最终结果的问题，一般称为相干调控．人们希望能由相干调控来调控物理或化学过程，譬如增加某一化学反应的效率，提高化合物生产等。
电磁感应透明是目前非线性光学里的一个热门课题．它的原理其实和当年Fano在原子物理中提出的所谓Fano共振是相似的．Fano共振出现在当一个宽带强跃迁与一个狭带弱跃迁重叠时，它们之间会产生相位干涉，在适当情况下，弱跃迁频率附近的吸收会变得很小。
用光去探测得到的吸收光谱，也与Fano共振的光谱相似．因为这里强跃迁与弱跃迁的相位相反，所以弱跃迁该吸收处，反而变得几乎透明，这就是强光诱导出的电磁感应透明。
激光腔内锁模能让一个光脉冲在腔内放大，而每来回一次，就释放出一部分能量，因此形成一连串周期输出的短脉冲．用掺钛蓝宝石激光锁模，可以得到连续的、间隔约１０－８ｓ、脉宽仅～５×１０－１５ｓ的短脉冲，这些脉冲之间都有相干性，并且载波与包络之间的相位也几乎完全固定，如图２２所示．连续短脉冲的光谱来自它们的傅里叶变换，是由一列几百万条极狭窄的谱线组成，线宽可以近１Ｈｚ，邻近两线的间隔约为１００ＭＨｚ，谱的覆盖宽度达～５×１０１４Ｈｚ（～２００００ｃｍ－１或～２．５ｅＶ），还可以经由介质中混频过程增宽，这样一个光源称为光梳．在原子、分子光谱精密测量上，开创了前所未有的新领域，为基础物理的探讨提供了崭新的手段。
强非线性光学效应指的是当光与物质间的作用不能再用微扰理论来描述，这相当于其他物理领域里的强耦合的情形，都是物理中最难的问题．可是在非线性光学里，有很多强耦合问题．例如，红外多光子激发和分子分解，一个分子可以吸收几十个到上百个红外光子，然后分解，以及多光子电离等，都可以用相当简单的物理图像来把它们讲清楚。
现在世界上不少发达国家都在建自由电子激光或者高能激光器，主要是希望能够得到高能量飞秒Ｘ射线脉冲或极高能量激光脉冲．斯坦福的Linac Coherent LightSource（LCLS）已能输出波长0.15-1.5nm，脉宽80fs，能量2mJ/pulse的脉冲硬Ｘ射线．在美国利弗莫尔的National Ignition Facility是目前世界上最大的激光装置，它产生192条20ns 宽的激光脉冲，同时聚在一个目标上，可以达到1-2mJ/pulse．现在已经开始运转，一天打一次，在2016年的时候期望可以一天打700次．大能量的脉冲激光，主要是希望用它来实现惯性核聚变．其实这样的激光打在物质上，新的物理现象会出现．现在有个新的研究领域叫高能密度物理．如果能用内爆方式来把物质压缩到很高密度状态，其原子间的距离接近或小于原子核的德布罗意波长或玻尔半径，那么所有我们现在了解的关于原子与原子间的相互作用行为如化学键等都不再成立，需要建立新的理论和图像去描述．这个新的科研领域就是高能密度物理，是一个全新的极有意义和相当令人振奋的基础科研领域。
待开发领域：现在有了Ｘ光激光，在Ｘ光频段的非线性光学也将成为一个新领域。
冷原子和分子中的非线性光学现象是一个能发展的领域．发展新的激光光学技术是很重要的．用激光来探讨光与物质的相互作用，相位有一定的重要性，测量相位可以得到更多信息．用非线性光学手段去表征新型材料可以帮助了解这些材料。
光梳是一个非常优质的光源，但是现在的应用还局限在原子、分子光谱上，考虑如何把光梳应用到凝聚态物理上，是对我们的一个挑战。
此外，不寻常的非线性光学效应，例如非线性磁光效应应用到自旋电子学、激光操纵物质（如相干控制、激光致相变）等，也都是很有意思的问题．看来非线性光学的发展前景仍是很美好的。
应用：(1)利用倍频和混频效应、可调谐光参量振荡以及受激散射等效应可产生强相干光辐射,开创了产生新的激光辐射光源的物理途径.它在许多实际工程技术中得到了较成熟的应用,人们正在利用这种途径来填补各类激光器件发射激光波长的空白光谱区.例如：①在光通讯技术中的应用.由于激光技术的出现,通过非线性光学效应获得的相干光的频带极其宽广,使其在通讯技术中由原来的微波电缆同时传送几十万路,到现在利用激光通讯的光缆可同时传送数百万路电话或几千万套电视节目,解决了无线电通讯的容量小、频带过分拥挤的难题.②频率上转换效应在红外外差式探测器上的应用.红外接收是不可见的低频信号和另一束可见的强激光通过在晶体中混频,使红外信号频率上转到可见光频率,再经过光放大等过程实现了对红外信号的观察和探测.目前用此效应的红外探测器已得到普遍的应用。