非线性光学

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研究强光与媒质相互作用所引起的媒质非线性极化现象及其应用的光学分支。

较弱的光通过媒质时，产生的电极化效应是线性的，即媒质极化强度与入射光电场的一次方成正比。而入射光强逐渐增大时，则产生非线性电极化，其极化强度中相继出现与电场的二次、三次以至高次方成比例的项，与这些项相对应的一系列新的光学现象就是非线性光学讨论的对象。例如：光学倍频，即频率为ω的入射光与媒质作用，在出射光中会出现频率为2ω、3ω等的光波。

光学混频，两束频率分别为ω₁和ω₂的光同时作用于介媒，便会产生频率为w₁+w₂及w₁－w₂的和频及差频光波。

光的自聚焦，光束在媒质中传播时媒质折射率发生变化，光束截面自动发生收缩。多光子吸收，以双光子为例，若两束光子同时作用于媒质，其能量hw₁和hw₂均小于媒质的能级间隙E₂－E₁=hw，但当w₁+w₂=w时，媒质同时吸收两个光子，称为双光子吸收。光受激散射，以受激喇曼散射为例，它类似于双光子吸收，当w₁－w₂=w时，光与媒质相互作用的结果使频率为w₁的光子将其能量不断转化成频率为w₂的光子能量，同时媒质中的原子由低能级跃迁到高能级。光参量放大与振荡，其原理和微波参量放大与振荡相同。

激光的出现，使这些非线性效应变得易于观测和利用。

非线性光学为物质结构、连续调频、产生新频率的相干辐射、固体激光Q调制、光谱学等方面的研究和应用提供了新的方法和手段。