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x(1)是对称张量(介质无耗)；

2说出下式的物理意义：

0 xxyz( m, n, l)E x( m)E y( n)E z( l)eX P【i( m n l )t]

表示由频率为3 m,场振动方向为X方向的场分量E X( 3 m),频率为3 n、场振动方向为科方向的场分量E y( 3 n)以及频率为3l,场振动方向为Z方向的场分量E z( 3 1 )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频率？

能量守恒 3 3=3 1+ 3 2 动量守恒n 3 3 3=n1 3计n2 3 2

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。

P(3)( s,r) 3 0 (3)( p, p s)ha( p)a( p)a( s) E(代入上式，一级反斯托克斯散射光只有满足相位匹配条件：p,r)E( p,r)E ( s,r)exp[i(2K p

K = 2K p K s1K s10

K s) r]

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B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发射。

kp 以一定的角度

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i

与强光波场p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：匝3L_1⑶( )E2E

, SBS(1, p, p , 1丿匚p 匚1

dz cn-i

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？

s

(r) (r)e

i (r)

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：⑴ 即使 z x

，仍表明EP (r,t) , ES (r,t)是共轭

P

(r) C S (r) 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 目位共轭与TWM 相位共轭比较：在DFWM 中，若泵浦光 E , E 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， DFWMi 程 皆可自动地满足目位匹配条件， 所产生的散射光总是入射信号光的背向目位共轭光。 而 TWM 目位共轭中，对目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

需满足目位匹配)。故背向四波混频更重要。

应用：目位共轭谐振腔、自适应光学、图像传递、无透镜成像、实时空间目关和卷积

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

设光波场的复振幅 Es(r) 为

相位共轭波复振幅 Ep(r) 为