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非线性光学的应用

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非线性光学的应用
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非线性光学的应用

【摘要】:

       从技术领域到研究领域,非线性光学的应用都是十分广泛的.例如:①利用各种非线性晶体做成电光开关和实现激光的调制.②利用二次及三次谐波的产生、二阶及三阶光学和频与差频实现激光频率的转换,获得短至紫外、真空紫外,长至远红外的各种激光;同时,可通过实现红外频率的上转换来克服在红外接收方面的困难.③利用光学参量振荡实现激光频率的调谐.与倍频、混频技术相结合已可实现从中红外一直到真空紫外宽广范围内调谐.④利用一些非线性光学效应中输出光束所具有的位相共轭特征,进行光学信息处理、改善成像质量和光束质量.⑤利用折射率随光强变化的性质做成非线性标准具和各种双稳器件.⑥利用各种非线性光学效应,特别是共振非线性光学效应及各种瞬态相干光学效应,研究物质的高激发态及高分辨率光谱以及物质内部能量和激发的转移过程及其他弛豫过程等.
       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.
       利用倍频和混频效应、可调谐光参量振荡以及受激散射等效应可产生强相干光辐射,开创了产生新的激光辐射光源的物理途径.它在许多实际工程技术中得到了较成熟的应用,人们正在利用这种途径来填补各类激光器件发射激光波长的空白光谱区.例
① 在光通讯技术中的应用.由于激光技术的出现,通过非线性光学效应获得的相干光的频带极其宽广,使其在通讯技术中由原来的微波电缆同时传送几十万路,到现在利用激光通讯的光缆可同时传送数百万路电话或几千万套电视节目,解决了无线电通讯的容量小、频带过分拥挤的难题.
②频率上转换效应在红外外差式探测器上的应用.红外接收是不可见的低频信号和另一束可见的强激光通过在晶体中混频,使红外信号频率上转到可见光频率,再经过光放大等过程实现了对红外信号的观察和探测.目前用此效应的红外探测器已得到普遍的应用.非线性光学的研究成果为光信息处理提供了新的方法和新的技术.
例如,一些染料在高功率激光束通过时发生自感透明效应已被用来设计时间很短的“光开关”.使用这种Q开关的激光器的输出功率可提高2—3个数量级.又如,光学双稳态效应的激光感应折射率变化用于信息存贮以及制成双稳态元件(双稳态光学开关、光学“三极管”放大元件、光学记亿元件等);光学相位共扼效应用于波面畸变补偿等等.目前有些成果已得到实际应用.对非线性光学的深入研究,为集成光学、纤维光学、光学逻辑回路与光学计算机技术的发展提供了有关光信息处理与控制的新方法和新技术.非线性光学研究的学术价值及其深远的理论意义.
通过强光与物质相互作用的研究,可以获得有关物质的组成、结构、状态、能量耦合及转移、各种内部变化动力学过程的重要信息.这些信息可在不同程度上分别反映出物质的光学、电学、磁学、声学、力学、热学、化学、生物学等方面特性.利用强激光的作用,可以研究相变、超导、元激发、液晶、表面物理、高温等离子体等方面的问题;还可以使物质按人们所希望的方式发生各种变化,如加热、致冷、压缩、冲击、熔化、汽化、膨胀、同性素分离、光聚合、可控化学反应等.
强光光学(即非线性光学)本身就是物理学基础理论的发展.到目前为止虽然强光光学的发展尚未导致与近代物理学两大支柱(相对论和量子力学)不相符合或抵触之处,但并不排除这门学科在今后进一步的发展中会对已有的理论基础产生新的冲击的可能性.例如,目前在处理光与物质作用的量子力学或量子电动力学理论中,仍然是基于入射光对原子的作用是弱微扰这样一种前提,而采用数学上的微扰近似加以处理.如果说这种近似处理对弱光作用是基本适合的话,那么它对强光和超强光作用是否仍然适用?这显然是一个问题.又例如,在强脉冲激光的自聚焦效应和自感透明效应中曾发现运动的焦点的超光速运动和增益介质中自透明脉冲的超光速运动.对这些新问题进行深入研究,有助于加深对狭义相对论已有结论的认识和理解.目前,关于利用激光检测横向多L勒效应,探测引力波、加速粒子,研究真空中光子散射、天体黑洞,验证广义相对论效应等可能的讨论性和探索性工作正在进行之中.

【高纯氟化物】氟化锂、氟化铍、氟化钠、氟化镁、氟化铝、氟化钾、氟化钙、氟化钪、氟化锰、氟化锌、氟化镓、氟化锶、氟化钇、氟化锆、氟化铟、氟化锡、氟化铯、氟化钡、氟化铪、氟化铅、氟化铋

【高纯氟化稀土】氟化镧、氟化铈、氟化镨、氟化钕、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化铒、氟化铥、氟化镱、氟化镥