非线性光学原理及应用

《非线性光学原理及应用》课程教学大纲

课程代码：090642004
课程英文名称：Nonlinear Optics

Principle and Application
课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0
适用专业：光学类各专业
大纲编写（修订）时间：2017.10
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
本课程是光信息科学与工程专业的 一门选修专业课，通过本课程的学习，可以使学生掌握非
线性光学的基本概念、基本理论和非线性光学效 应以及这些效应产生的原因和过程规律，掌握光
学测试技术的相关原理和方法，培养学生解决实际问题的 能力。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：
1．掌握和理解非线性光学的基本概念和基本理论。
2．掌握和了解非线性光学效应以及这些效应产生的原因和过程规律。
3．了解非线性光学效应的应用。
4．具有抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力和自学能力。
5．有综合运用所学知识分析和解决问题的能力
（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.基本知识：掌握非线性光学效应的一般知识，非线性光学效应产生的条件、物理机制等。
2.基本理论和方法：掌握和理解非线性光学的基本概念和基本理论。掌握和了解非线性光学< br>效应以及这些效应产生的原因和过程规律。了解非线性光学效应的应用。。
3.基本技能:掌握 产生和控制非线性光学效应的技能；具有抽象思维能力、逻辑推理能力、
空间想象能力和自学能力；有综 合运用所学知识分析和解决问题的能力等。
（三）实施说明
1．教学方法：：课堂讲授中要 重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教
学，培养学生思考问题、分析问题和解决问 题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，
培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习 的主观能动性；注意培养学生提高理解物理概
念、物理机制的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创 新能力。
2．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒 体教学系
统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。
（四）对先修课的要求
本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程《物理光学》。
（五）对习题课、实践环节的要求
各章内容学习结束后，根据教材内容选择习题，布置 习题作业，根据习题的完成质量，随堂
讲解各章重点习题，期末总复习全面讲解。
（六）课程考核方式
1．考核方式：考查
2．考核目标：考核学生对非线性光学的物理概念、基本理论的掌握和理解。
3．成绩构成： 本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）
占20%，期末考试成绩占 80%。
（七）参考书目

《激光技术》，蓝信钜编，科学出版社，2000
《非线性光学》，李淳飞编，哈尔滨大学出版社，2005
二、中文摘要
本课程是光学类专 业学生的一门选修的专业的课程。课程通过对非线性光学的物理概念和理
论内容的讲授，使学生掌握非线 性光学的基本概念、基本理论和非线性光学效应以及这些效应产
生的原因和过程规律，掌握光学测试技术 的相关原理和方法，培养学生解决实际问题的能力
三、课程学时分配表
序号
1
章节名称
非线性光学效应概述
学时
4
2
2
10
5
5
10
2
2
1
1
1
1
2
8
2
2
4
32
讲课
4
2
2
10
5
5
10
2
2
1
1
1
1
2
8
2
2
4
32
实验



















上机



















1.1 非线性光学的学科定义
1.2 强光与物质相互作用的主要特性
2 非线性电极化效应理论基础
2.1 光学介质的非线性电极化效应
2.2 非线性介质内强光相互作用的耦合波方程
3







4
光学倍频、混频效应
倍频光的产生和转换效率
位相匹配方法
位相匹配角的计算
位相匹配条件的物理图像
方位角的选取
晶体长度的选取
现代倍频技术
受激散射效应
4.1 光散射现象概述
4.2 受激瑞利散射
4.3 受激喇曼散射效应
合计
四、教学内容及基本要求
第1部分 非线性光学效应概述
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
第1.1部分 非线性光学的学科定义（讲课2学时）
具体内容:
1. 非线性光学的发展过程；
2. 线性光学的基本理论、基本规律；
3. 非线性光学的基本理论、基本规律及其产生的物理机制；
4. 非线性光学的学科定义；
重 点:
非线性光学的基本理论、基本规律及其产生的物理机制
第1.2部分 强光与物质相互作用的主要特性（讲课2学时）
具体内容:
1. 激光的特点；

2. 强光与物质相互作用的主要特性；
重 点:
强光与物质相互作用的主要特性
第2部分 非线性电极化效应理论基础
总学时(单位：学时):10 讲课:10 实验:0 上机:0
第2.1部分 光学介质的非线性电极化效应（讲课5学时）
具体内容:
1. 线性极化。
2. 非线性极化。
3. 非线性电极化率。
4. 二次非线性效应。
重 点:
非线性极化和二次非线性效应。
难 点:
非线性电极化率。
第2.2部分 非线性介质内强光相互作用的耦合波方程（讲课5学时）
具体内容:
1. 非线性波动方程。
2. 耦合波方程。
3. 二次非线性效应中的三波耦合方程组。
4. 门莱－罗威（Manley－Rove）关系。
重 点:
二次非线性效应中的三波耦合方程组和门莱－罗威（Manley－Rove）关系。
难 点:
耦合波方程。
第3部分 光学倍频、混频效应
总学时(单位：学时):10 讲课:10 实验:0 上机:0
第3.1部分 倍频光的产生和转换效率（讲课2学时）
具体内容:
1. 倍频光的产生。
2. 倍频光的转换效率。
第3.2部分 位相匹配方法（讲课2学时）
具体内容:
掌握位相匹配技术。
第3.3部分 位相匹配角的计算（讲课1学时）
具体内容:
掌握位相匹配角的计算方法。
第3.4部分 位相匹配条件的物理图像（讲课1学时）
具体内容:
理解位相匹配条件的物理图像。
重 点:
位相匹配条件的物理图像。
难 点:
位相匹配条件的物理图像。

第3.5部分 方位角的选取（讲课1学时）
具体内容:
方位角对倍频转换效率的影响和方位角的选取方法。
重 点:
方位角的选取方法。
难 点:
理解方位角对倍频转换效率的影响。
第3.6部分 晶体长度的选取（讲课1学时）
具体内容:
晶体长度的选取方法。
第3.7部分 现代倍频技术（讲课2学时）
具体内容:
现代倍频技术。
第4部分 受激散射效应
总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0
第4.1部分 光散射现象概述（讲课2学时）
具体内容：
1. 光的散射。
2. 光散射的物理机制。
3. 光散射现象的分类。
重 点:
光散射的物理机制。
难 点:
光散射的物理机制。
第4.2部分 受激瑞利散射（讲课2学时）
具体内容：
受激瑞利散射。
第4.3部分 受激喇曼散射效应（讲课2学时）
具体内容：
1. 喇曼散射的量子理论描述。
2. 受激喇曼散射几率。
3. 受激喇曼散射的增益。
4. 原子的电子跃迁受激喇曼散射。
5. 分子的振动跃迁受激喇曼散射。
6. 分子的转动跃迁受激喇曼散射。
7. 受激喇曼散射的混频效应。
8. 受激自旋反转喇曼散射效应。
9. 受激喇曼散射的应用。
重 点:
受激喇曼散射的增益。
难 点:
受激喇曼散射的混频效应和受激自旋反转喇曼散射效应。