非线性光学课件

1、非线性规划,第一节 基本概念,1、非线性规划模型：,数学规划模型的一般形式：,其中,x=(x1 ,x2, xn)T，f(x),gi(x),hj(x)为x的实值函数,简记为MP(Mathematical Programming),退 出,前一页,后一页,可行域和可行解：,称,为MP问题的约束集或可行域。,若x在X内，称x为MP的可行解或者可行点。,退 出,前一页,后一页,简记形式：,引入向量函数符号：,退 出,前一页,后一页,数学规划问题的分类：,若f(x),gi(x),hj(x)为线性函数，即为线性规划(LP)；,若f(x),gi(x),hj(x)至少一个为非线性，即为非线性规划(NLP)；,对于非线性规划，若没有gi(x),hj(x)即X=R。

2、任课教师：李宪冰,2018年9月30日7时32分,非线性编辑,TEL：15377500285 QQ：41831923,课程介绍：,课程分配比例 剪辑理论基础、非线编操作基础、非线编上机操作比例为：1：1：2课程考核成绩构成 平时成绩30%、期中成绩20%、期末成绩50%平时成绩评定课堂表现+课堂抽查考勤,2018年9月30日7时32分,课程教学目标：,通过该课程的学习，学生要理解影视剪辑的一般理论，掌握数字媒体的一般特征。掌握非线性编辑的一般理论。在此基础上，学习Premiere Pro CS4的窗口界面的组成，熟练操作Premiere Pro CS4，能够运用Premiere Pro CS4进行影视素材的组。

3、第五讲 非线性光学过程的经典微扰理论,1,第五讲 非线性光学过程的经典微扰理论,一、介质的非线性介电响应 二、非线性相互作用的波矢关系和能量关系 三、非线性相互作用耦合波方程,第五讲 非线性光学过程的经典微扰理论,2,一、介质的非线性介电响应,极化矢量与驱动场的关系：,线性项,二次非线性项,三次非线性项,驱动场 可以是低频电场、磁场、声场、强光场等相应于 电光效应、磁光效应、声光效应、强光非线性效应,非线性条件下，展开为：,各项的频率是什么？,第五讲 非线性光学过程的经典微扰理论,3,一、介质的非线性介电响应,按照微扰理论。

4、第四章 有机非线性光学材料,4.1 引言非线性光学是研究在强光作用下物质的响应与场强呈现非线性的学科，是现代光学的一个新领域.与光场强有关的光学效应称为非线性光学效应，它起源于激光与介质的相互作用.微观介质（如原子、分子）与宏观物质（如晶体或粉末）受光波照射后均将发生光频电极化现象，其感生极化强度（依次为p和P）与入射光电场E的关系有相似的表达式：p = E + E2 + E3 +P=x(1)E + x(2)E2 + x(3)E3 + 其中，和x(1)、和x(2)、和x(3)分别是微观（、）和宏观x(n)的线性、二阶非线性和三阶非线性极化系数,数值之间有如下关系：x(1。

5、掺铒光纤激光器介绍,1,光纤简介 主要光纤产品介绍 掺铒光纤激光器,内 容,2,1. 光 纤 简 介,3,1. 光 纤 简 介,什么是光纤（optical fiber)？,光纤是光导纤维的简称。光纤是以光脉冲的 形式来传输信号，材质以玻璃或有机玻璃为主的 网络传输介质。,4,光纤结构,光纤由三部分组成： 芯层（core） 包层（cladding） 涂覆层（coating）内层（buffer layer）外层（top layer）,芯层: SiO2+Ge+F 包层: SiO2+F 内涂覆层:丙烯酸树脂 外涂敷层:丙烯酸树脂,1. 光 纤 简 介,5,光纤分类,1. 光 纤 简 介,6,1. 光 纤 简 介,模式（mode）概念,模式是指光的。

6、新型非线性光学材料研究,答辩人： 何 鹏 指导老师：石顺祥,研究意义,非线性光学材料广泛用于激光变频、孤子通信、微纳加工、全光开关等诸多方面材料的评价应综合考虑：非线性、稳定性、透光范围、光响应速度、导热性等,深紫外非线性光学晶体,KBBF可以直接通过对Nd：YAG激光六倍频得到深紫外激光输出,KBBF： 0.1553.5m，物理化学性质稳定，不潮解，难长大,KBBF可用于制作全固态深紫外激光光源,2011年5月17日，大连化物所研制的深紫外拉曼光谱仪通过验收，并首次实现了193-240nm激发波长的连续可调； 同日验收的深紫外激光光发射电子显微镜。

7、2.6 光纤中的非线性光学效应,2.6.1 概述 2.6.2 受激非弹性散射 受激布里渊散射(SBS) 受激喇曼散射(SRS) 2.6.3 非线性折射率 自相位调制(SPM) 互相位调制(XPM) 四波混频(FWM),2.6.1 概述,在高强电磁场中任何介质对光的效应都会变成非线性，光纤也不例外。 尽管用于光纤的玻璃材料的非线性很弱，但由于纤芯小，纤芯内场强非常高，且作用距离长，使得光纤中的非线性效应会积累到足够的强度，导致对信号的严重干扰和对系统传输性能的限制。 反之，可以利用非线性现象产生有用的效应。比如开发放大器、调制器等新型器件。 导致新的学科分支非线。

8、单光束 z-扫描测量非线性光学特性Z-扫描技术是研究非线性光学特性的一种重要方法 ,它建立于光束空间畸变的原理基础之上 ,采用 单光束测量 ,由远场小孔透射率的变化和诱导相交的简单线性关系可直接推出非线性折射率的大小和符号 ,对于 具有非线性吸收的介质 ,也可直接测量出其非线性吸收系数 .与以往的非线性干涉 法、 简并 四波混频、 椭圆偏振 法以及 光束畸变 测量等 测量非线性折射率的方法相比 ,单光束 Z-扫描方法操作方便 ,且 灵敏度高 .用 Z-扫描技术描述了利用单光束灵敏的测量非线性介质的非线性折射率和非线性吸收系数的方法 ,并。

9、第二章 光波在非线性介质中传播,2.1 非线性光学相位匹配 2.2 非线性介质的波方程,2.1 非线性光学相位匹配,假定频率为的基波射入非线性介质, 由于二次非线性效应, 将产生频率为2的二阶非线性极化强度, 该极化强度作为一个激励源将产生频率为2的二次谐波辐射, 并由介质输出, 这就是二次谐波产生过程, 或倍频过程。,(1) 从辐射相干叠加观点引入相位匹配概念,1 相位匹配的概念,式中,(3.5-1),设介质对基波和二次谐波辐射的折射率为n1和n2 又设基波光电场表示式为,(1) 从辐射相干叠加观点引入相位匹配概念,1 相位匹配的概念,则由二次非线性效应。

10、KBBF非线性光学晶体及应用,报告人,一、KBBF晶体基本介绍,汉语名称：氟代硼酸铍钾 化学式： KBe2BO3F2 单晶结构：,一、KBBF晶体基本介绍,晶格常数： a= b=0.4427nm ，c=1.8744nm 光性：负单轴晶 破坏阈值 ：75 GW/cm2 折射率色散方程：,一、KBBF晶体基本介绍,透光波段： 1533664nm 晶体实物图：,一、KBBF晶体基本介绍,作用：非线性光学倍频晶体 用途：产生深紫外激光相干光源 发现人：陈创天 备注：世界上第一次实现177.3nm深紫外激光倍频有效功率输出，是唯一的在200nm 到150nm 这个深紫外光谱区产生有效输出的非线性光学倍频晶体,二、深。

11、5.3 四 波 混 频,5.3.1 四波混频概述 四波混频是介质中四个光波相互作用所引起的非线性光学现象, 它起因于介质的三阶非线性极化。 四波混频相互作用的方式一般可分为如图5.3 - 1所示的三类。,图5.3 - 1 四波混频中的三种作用方式,1） 三个泵浦场的作用情况 在这种情况下, 作用的光波频率为1 , 2和3, 得到的信号光波频率为s, 这是最一般的三阶非线性效应。 2）。

12、3.5 方位角的选取,x,y,Z 光轴,k,1、光轴（z轴）与波矢量 （光的传播方向）之间的夹角为 。,k,2、当 为 时，如 o+o e 匹配方式， 基频光中o光的振动分量（垂直zok面的振动）和倍频光中e光的振动分量（平行 zok面的振动）就满足相位匹配条件，倍频光最大。,m,3、为使倍频光最大，倍频光的e光的振动分量应该为最大。选取入射光E的入射方向，即选取某一方位角（方位角：zok面与x轴的夹角），使P的e光振动分量最大。,4、有效非线性系数,由于P和E之间是张量关系，即 是张量，定义有效非线性系数 ，来表示P和E之间的方向关系。,表示非线性极化率。

13、非线性光学原理,主讲：臧维平,非线性光学极化率,非线性光学简介非线性光学过程 非线性极化率的定义 经典非谐振子的非线性极化率 非线性极化率的性质 非线性光学极化率的时域描述 线性和非线性光学中的Kramers-Kronig关系,非线性光学引言,非线性光学是研究光对物质光学性质改变的现象。 1961 Franken发现了二次谐波产生；极化率P和电场的关系：,特征原子电场强度：对于非共振激发的极化率的数量级为：,电极化强度P在非线性光学分析中的作用：强非线性光学。,非线性光学过程,二阶非线性过程 二次谐波产生（SHG）和频产生（SFG） 差频产生（D。

14、,2.3脉冲传输方程,2.3.1、推导光脉冲在非线性色散光纤中传输的基本方程。,2.3.2、高阶非线性效应,（2.3.1）,根据前一节的讨论，我们可以将波动方程写成如下形式,推导光脉冲在非线性色散光纤中传输的基本方程。,2.3.1,脉宽范围在10ns10fs（f=10-15）的光脉冲在光纤内传输时色散和非线性效应都将影响其形状和频谱，因此不能把光纤当作非线性介质处理，即传输方程中 的假设不成立。,它是光信号在媒质中传播的基本方程。由于考虑到非线性，（2.3.1）的解变得非常复杂。,为得到有意义的解，对光纤中传输的光信号作如下几点假设,2、光场矢量在传。

15、非线性光学材料,本文材料来自功能材料学（北京大学出版社），百度百科等，请勿下载再上传。,简介 选材依据 分类 三阶非线性材料 有机和聚合物非线性光学材料 展望,简介,非线性光学，又称强光光学，是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。在强光作用下物质的响应与场强呈现非线性关系，与场强有关的光学效应称为非线性光学效应。非线性光学材料就是那些光学性质依赖于入射光强度的材料，主要因为这些性质只有在激光这样的强相干光作用下才表现出来。,简介,利用非线性光学晶体的倍频、和频、差频、光参。

16、教材：非线性光学物理 叶佩弦 著 参考书目： 1、强光光学及其应用 刘颂豪 赫光生 著 2、非线性光学原理 沈元壤 著 顾世杰 译 3、非线性光学 石顺祥 陈国夫 赵卫 刘继芳 编著 4、非线性光学 李淳飞 著 5、高等光学教程 季家镕 冯莹 编著,课程主要内容,绪论 非线性电极化过程和耦合波的基础知识 光学倍频效应/ 和频、差频效应（三波混频）/光学参量振荡和放大效应 四波混频/ 光学相位共轭 第五章 光学克尔效应/ 光束自聚焦/ 自相位调制/ 光学双稳态效应 第六章 受激拉曼散射/ 受激布里渊散射,非线性的概念来源,线性相应和非线性响应描述物理。

17、主讲人：李双浩,非线性光学及其应用,非线性光学晶体最主要的用途就是对激光的倍频作用，产生二次谐波。,1.什么是非线性光学？2.非线性光学历史回顾.3.非线性光学的应用.,什么是非线性光学？,非线性光学是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。,历史回顾,非线性光学的早期工作 1906年泡克耳斯效应1929年克尔效应 激光问世首。

18、非线性光学及其现象,物质在强光如激光束的照射下，其光学性质发生了变化而这种变化又反过来影响了光束的性质。研究这种光与物质的相互作用就是非线性光学的内容。 非线性光学效应来源于分子与材料的非线性极化。,在电磁场作用下物质中的电荷位移能力称为电极化率。当较弱的光电场作用于介质时，介质的极化强度P与光电场E 成线性关系：其中 0为真空介电常数 为介质的线性极化系数。,当作用于介质的光为强光(如激光)时，介质的极化将是非线性的，在偶极近似的情况下，原子或分子的微观极化关系可表示为：其中第一项为线性项，第二项以后为非。

19、3.5 方位角的选取,x,y,Z 光轴,k,1、光轴（z轴）与波矢量 （光的传播方向）之间的夹角为 。,k,2、当 为 时，如 o+o e 匹配方式， 基频光中o光的振动分量（垂直zok面的振动）和倍频光中e光的振动分量（平行 zok面的振动）就满足相位匹配条件，倍频光最大。,m,3、为使倍频光最大，倍频光的e光的振动分量应该为最大。选取入射光E的入射方向，即选取某一方位角（方位角：zok面与x轴的夹角），使P的e光振动分量最大。,4、有效非线性系数,由于P和E之间是张量关系，即 是张量，定义有效非线性系数 ，来表示P和E之间的方向关系。,表示非线性极化率。