非线性光学（non-linear optics），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。研究非线性光学对激光技术、光谱学的发展以及物质结构分析等都有重要意义。常用的二阶非线性光学晶体有磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氢铵（ADP）、磷酸二氘钾（KD*P）、铌酸钡钠等。此外还发现了许多三阶非线性光学材料。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。

中文名：非线性光学

外文名：non-linear optics

适用范围：强相干光

意义：利于激光技术、光谱学的发展

光学晶体：磷酸二氢钾、磷酸二氢铵等

学科：光学

非线性光学 效应

光学研究图片

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。%20

②产生高次谐波。弱光进入介质后频率保持不变。强光进入介质后，由于介质的非线性效应，除原来的频率ω外，还将出现2ω、3ω、……等的高次谐波。1961年美国的P. A. 弗兰肯和他的同事们首次在实验上观察到二次谐波。他们把红宝石激光器发出的3kW红色（6943Å）激光脉冲聚焦到石英晶片上，观察到了波长为3471.5Å的紫外二次谐波。若把一块铌酸钡钠晶体放在1W、1.06μm波长的激光器腔内，可得到连续的1W二次谐波激光，波长为5323Å（1Å=10-10m）。非线性介质的这种倍频效应在激光技术中有重要应用。

③光学混频。当两束频率为ω1和 ω2（ω1>ω2）的激光同时射入介质时，如果只考虑极化强度P的二次项，将产生频率为（ω1+ω2）的和频项和频率为（ω1-ω2）的差频项。利用光学混频效应可制作光学参量振荡器，这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源，可发射从红外到紫外的相干辐射。

④受激拉曼散射。普通光源产生的拉曼散射是自发拉曼散射，散射光是不相干的。当入射光采用很强的激光时，由于激光辐射与物质分子的强烈作用，使散射过程具有受激辐射的性质，称受激拉曼散射。所产生的拉曼散射光具有很高的相干性，其强度也比自发拉曼散射光强得多。利用受激拉曼散射可获得多种新波长的相干辐射，并为深入研究强光与物质相互作用的规律提供手段。

⑤自聚焦。介质在强光作用下折射率将随光强的增加而增大。激光束的强度具有高斯分布，光强在中轴处最大，并向外围递减，于是激光束的轴线附近有较大的折射率，像凸透镜一样光束将向轴线自动会聚，直到光束达到一细丝极限（直径约 5×10-6m），并可在这细丝范围内产生全反射，犹如光在光学纤维内传播一样。

⑥光致透明。弱光下介质的吸收系数（见光的吸收）与光强无关，但对很强的激光，介质的吸收系数与光强有依赖关系，某些本来不透明的介质在强光作用下吸收系数会变为零。

研究非线性光学对激光技术、光谱学的发展以及物质结构分析等都有重要意义。非线性光学研究是各类系统中非线性现象共同规律的一门交叉科学。在非线性光学的研究热点包括：研究及寻找新的非线性光学材料例如有机高分子或有机晶体等。并研讨这些材料是否可以作为二波混合、四波混合、自发振荡和相位反转光放大器等、甚至空间光固子介质等。常用的二阶非线性光学晶体有磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氢铵（ADP）、磷酸二氘钾（KD*P）、铌酸钡钠等。此外还发现了许多三阶非线性光学材料。

光通信和集成光学通常使用非线性光学晶体，包括准相位匹配（QPM）多畴结构晶体材料与元器件；激光电视红、绿、蓝三基色光源使用的非线性光学晶体；应用于下一代光盘蓝光光源的半导体倍频晶体（如KN和某些可能的QPM产品）；新型红外、紫外、深紫外非线性晶体的研发和生产。

非线性光学晶体