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第1章 绪论1

1.1 非线性光学的重要性1

1.1.1 非线性光学在现代物理学中的地位1

1.1.2 非线性光学在现代光学中的地位1

1.1.3 非线性光学是光子学技术的基础2

1.2 非线性光学的物理含义4

1.2.1 非线性光学是与介质的高阶极化有关的现象4

1.2.2 非线性光学是介质对光场非线性响应的现象5

1.2.3 非线性光学是介质的光学参量与光场有关的现象6

1.3 非线性光学的研究内容7

1.3.1 典型的非线性光学效应7

1.3.2 两类非线性光学效应12

1.3.3 非线性光学材料12

1.4 非线性光学的发展13

1.4.1 非线性光学的发展简史13

1.4.2 非线性光学的发展趋势15

1.5 非线性光学的应用16

1.5.1 非线性光学在激光技术中的应用16

1.5.2 非线性光学在信息技术中的应用17

1.5.3 非线性光学在材料技术中的应用17

第2章 非线性介质的极化理论22

2.1 非线性介质的波动方程22

2.1.1 非线性介质的麦克斯韦方程22

2.1.2 各向异性非线性介质的时域波方程24

2.1.3 各向同性非线性介质的时域波方程24

2.1.4 各向异性非线性介质的频域波方程25

2.1.5 各向同性非线性介质的频域波方程26

2.2 非线性介质的极化强度与极化率28

2.2.1 极化强度与极化率的频域表达式28

2.2.2 极化强度的简并因子31

2.2.3 极化率张量的对称性33

2.3 非线性极化率的实部与虚部36

2.3.1 极化率的实部与虚部间的关系（K-K关系）36

2.3.2 极化率实部和虚部的物理意义37

2.3.3 非线性折射率与非线性吸收系数间的关系40

附录A K-K关系的推导40

附录B 两种单位制42

第3章 光学三波耦合过程45

3.1 三波耦合方程45

3.1.1 二阶非线性光学效应综述45

3.1.2 各向异性介质二阶非线性光学效应的近似描述46

3.2 光学二次谐波50

3.2.1 基波小信号近似51

3.2.2 基波高消耗情况53

3.2.3 相位匹配技术55

3.2.4 产生二次谐波的实验装置60

3.3 光学和频、差频和参量放大61

3.3.1 光学和频与频率上转换61

3.3.2 光学差频与频率下转换65

3.3.3 光学参量放大68

3.3.4 4种三波混频过程比较与实验装置69

3.4 光学参量振荡器71

3.4.1 光学参量振荡的阈值方程71

3.4.2 双共振光学参量振荡器73

3.4.3 单共振光学参量振荡器75

第4章 光学四波耦合过程78

4.1 三阶非线性光学效应综述78

4.2 光学三次谐波与光学四波混频79

4.2.1 光学三次谐波79

4.2.2 光学四波混频81

4.2.3 简并光学四波混频83

4.3 光学相位共轭84

4.3.1 光学相位共轭的定义与特性84

4.3.2 四波混频过程的光学相位共轭86

4.3.3 光学相位共轭的应用91

第5章 光克尔效应与自聚焦95

5.1 光克尔效应95

5.1.1 自相位调制光克尔效应96

5.1.2 交叉相位调制光克尔效应99

5.1.3 光克尔效应的光致双折射作用101

5.2 光束的自聚焦104

5.2.1 稳态自聚焦104

5.2.2 动态自聚焦111

5.2.3 基于自聚焦的自相位调制116

5.3 非线性参量的Z扫描测量法119

5.3.1 Z扫描测量的实验方法119

5.3.2 Z扫描测量的理论计算121

5.3.3 其他Z扫描技术126

第6章 受激辐射光散射131

6.1 光散射概述131

6.1.1 光散射的分类131

6.1.2 受激辐射光散射的特性133

6.2 受激拉曼散射134

6.2.1 受激拉曼散射的物理图像134

6.2.2 受激拉曼散射的经典理论137

6.2.3 受激拉曼散射的实验143

6.3 受激布里渊散射144

6.3.1 受激布里渊散射的物理图像144

6.3.2 受激布里渊散射的经典理论146

6.3.3 受激布里渊散射的实验150

第7章 非线性光吸收与光折射155

7.1 单光子吸收与双光子吸收155

7.1.1 单光子吸收与双光子吸收概述155

7.1.2 单光子非线性光吸收157

7.1.3 双光子非线性光吸收159

7.1.4 半导体的双光子吸收与折射率变化162

7.2 饱和吸收和反饱和吸收167

7.2.1 饱和吸收的能级模型167

7.2.2 饱和吸收与三阶非线性吸收的关系172

7.2.3 反饱和吸收能级模型173

7.2.4 反饱和吸收在光限制器中的应用179

7.3 饱和折射与反饱和折射180

7.3.1 饱和折射与反饱和折射的描述180

7.3.2 非线性折射系数正负的物理意义183

第8章 光学双稳性及其不稳定性187

8.1 光学双稳性概述187

8.1.1 光学双稳性的基本概念187

8.1.2 光学双稳器件的分类189

8.2 光学双稳器件191

8.2.1 全光型光学双稳器件原理191

8.2.2 电光混合型光学双稳器件原理201

8.2.3 光学双稳器件的应用207

8.3 光学双稳性的不稳定性210

8.3.1 光学双稳性的稳定性判据210

8.3.2 光学双稳性的不稳定性214

第9章 光脉冲在光纤中的传播与光孤子223

9.1 非线性薛定谔方程223

9.1.1 亥姆赫兹方程的建立223

9.1.2 推导光纤中的频域波方程226

9.1.3 推导非线性薛定谔方程228

附录 光纤的色散229

9.2 群速色散与自相位调制231

9.2.1 不计色散和非线性的脉冲传输232

9.2.2 色散对脉冲传输的影响232

9.2.3 自相位调制对脉冲传输的影响236

9.2.4 色散和自相位调制的共同作用238

9.3 时间光孤子与空间光孤子241

9.3.1 时间光孤子241

9.3.2 空间光孤子244

第10章 基于非线性光学的全光开关248

10.1 全光开关综述248

10.1.1 全光开关的研究方向248

10.1.2 全光开关的分类252

10.2 非线性耦合器全光开关257

10.2.1 低功率入射的对称光耦合器258

10.2.2 自相位调制对称耦合器全光开关261

10.2.3 交叉相位调制对称耦合器全光开关263

10.3 非线性Sagnac干涉仪全光开关267

10.3.1 低功率下含3 dB耦合器的Sagnac干涉仪267

10.3.2 自泵浦含非3 dB耦合器的Sagnac干涉仪全光开关271

10.3.3 交叉泵浦含3 dB耦合器的Sagnac干涉仪全光开关273

10.3.4 自泵浦含光放大器的Sagnac干涉仪全光开关275

10.4 非线性M-Z干涉仪全光开关276

10.4.1 两臂材料不同的M-Z干涉仪全光开关277

10.4.2 两臂长度不同的M-Z干涉仪全光开关279

10.5 非线性环共振腔全光开关280

10.5.1 单臂耦合环共振腔的M-Z干涉仪全光开关281

10.5.2 具有双耦合器的环共振腔全光开关286

10.6 非线性光纤光栅全光开关289

10.6.1 布拉格光纤光栅（FBG）全光开关291

10.6.2 长周期光纤光栅（LPFG）全光开关298

10.6.3 石英光纤连接的LPFG对全光开关302

10.6.4 非线性光纤连接的LPFG对全光开关308

10.6.5 非线性光纤连接的FBG对光双稳开关311

10.7 非线性纳米全光开关320

10.7.1 非线性纳米波导全光开关322

10.7.2 非线性光子晶体全光开关334

10.7.3 表面等离子体激元全光开关343

10.7.4 纳米硅基波导微腔全光开关351