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非线性光学和非线性光学材料-物理化学学报.PDF

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第 17 卷  第 6 期 大学化学 2002 年 12 月 知识介绍 非线性光学和非线性光学材料 吴林 赵波 ( ) ( ) 盐城师范学院化学系  盐城 224002   南京师范大学化学系  南京 2 10097   摘要  概述了非线性光学理论和非线性光学材料的研究简况 ,并对这一领域所遇到的问题作 了简要的介绍与设想 。 1  非线性光学简介 ( )   非线性光学 nonlinear optics ,NL O 是现代光学的一个新领域 ,是研究在强光作用下物质 的响应与场强呈现的非线性关系的科学 ,这些光学效应称为非线性光学效应 。在众多的非线 ( ) 性光学效应中 ,倍频效应 又称二阶非线性光学效应 是最引人注 目也是研究得最多的非线性 ( λ ) 效应 。196 1 年 Franken 等人利用红宝石激光器获得的相干强光 = 694 . 3nm 透过石英晶体 时 ,产生了 λ= 347 . 2nm 的二次谐波 ,其光波频率恰好是基频光频率的两倍 , 即所谓的倍频效 应 ;从而开创了二阶非线性光学及其材料的新领域 。自发现倍频效应以来 ,非线性光学领域吸 引了大批科技工作者 ,使这一学科得到了空前的发展 ,在 30 多年后的今天 ,非线性光学已经发 展成为以量子电动力学 、经典电动力学为基础 ,结合光谱学 、固体物理学 、化学等多门学科的综 合性学科 。   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 : εχ ( )      P = 0 E 1 ε χ ( ) 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 : α β 2 γ 3 ( )      P = E + E + E + … 2 α ( 其中第一项为线性项 ,第二项以后为非线性项 , 为分子的线性光学系数 一阶非线性光学系 ) βγ ( ) 数 , 、 分别为分子的二阶和三阶非线性光学系数 又称分子的二阶或三阶极化率 , 它们是 描述分子的非线性性质的重要物理量 。当外电磁场 E 足够强时 ,这些高次项不能再被忽略 , 也就是说 ,极化强度与光电场不再是线性相关 ,而是非线性关系了。类似地 ,对于一个由多个 原子或分子组成的宏观样品来说 ,外部光电场作用产生的极化强度可表示为 : ( ) ( ) ( ) 1 2 2 3 3      P = χ E + χ E + χ E + …
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