非线性光学:深入解析与应用
"Nonlinear Optics Third Edition" 是一本由 Robert W. Boyd 撰写的英文教材,专注于非线性光学领域,具有详尽而易懂的特点,适合专业人士和学生学习。 非线性光学是光学的一个重要分支,研究的是物质在强光或高频光照射下表现出的非线性响应。在传统线性光学中,光的传播和相互作用遵循线性规律,即光的强度与物质的响应成正比。然而,当光的强度足够高时,这种比例关系不再成立,导致出现一系列独特的现象和应用,如频率转换、光学参量放大等。 该书的第一章介绍了非线性光学的基本概念。作者从非线性光学的引言开始,阐述了这一领域的核心思想和重要性。接着,详细描述了非线性光学过程的种类,如二次谐波生成(SHG)、和频生成(SFG)、差频生成(DFG)和参量放大。书中通过形式化的定义解释了非线性光学 susceptibility,这是描述物质对非线性光场响应的关键参数。此外,还讨论了一个经典非简谐振子的非线性响应,以及非线性 susceptibility 的各种特性。 时间域描述光学非线性部分,作者探讨了光脉冲在非线性介质中传播时如何影响非线性效应。Kramers-Kronig 关系是线性和非线性光学中的基本原理,用于从频域特性推导出时域特性,这部分内容也有详细的介绍。 第二章进一步深入到波动方程描述的非线性光学相互作用。这里,Boyd 解释了适用于非线性光学介质的波动方程,以及耦合波方程如何应用于和频生成。他还讨论了相位匹配的概念,这是实现有效非线性过程的关键。相位匹配可以是精确的,也可以是准相位匹配,后者在某些情况下更为实用。此外,Manley-Rowe 关系被用来分析能量守恒在非线性过程中的作用,而各种非线性过程如和频生成、二次谐波生成和差频生成、参量放大的详细机制也得到了充分的探讨。 章节内容还涉及光学参量振荡器(OPO),这是一种利用非线性效应产生新频率光的设备,具有重要的实际应用,例如在激光技术和光谱学中。 这本书全面覆盖了非线性光学的基础理论和实际应用,对于理解并掌握非线性光学现象及其在现代光学技术中的应用是宝贵的资源。
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