非线性光学考试知识问题详解

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12。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： (3)0(,,)()()()exp[()]

xxyz m n l x m y n z l m n l E E E i t εχωωωωωωωωω-++(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 101

p s s ∆--='K =2K K K

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。

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)。

② SBS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：

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 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？

2(3)111111

3(,,,)SBS p p p dE i E E dz cn ωχωωωω=--()

()()i s e ϕ=r r r E A *()()()()i p s e ϕ-==r r r r E E A ()()

P S C ϕϕ=-r r