光与物质的相互作用

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原理：非线性波长转换简介

光与物质的相互作用

光在介质的传播过程，是光与介质相互作用的过程，这个过程有两个相关的分过程：一是电场光（e）作用在介质上引起的介质的极化(P)，产生宏观的极化强度，为介质的极化过程。另一是光的辐射过程。介质中的电场光（e）随时间的变化，所产生的变化极化强度(P)将作为一个光源辐射光波。在线性介质中，这种相互作业是线性，光的频率不会发生改变，如图1-a；在非线性介质中，这种相互作业是非线性的，如图1-b，光迫使这些偶极子以非线性响应振荡，使输出光的频率呈现非线性效应。

图1-a 线性介质极化图1-b:非线性介质极化

非线性介质极化上面的数字中，χ¹是线性极化系数，而χ²和χ³是二阶和三阶非线性谐波极化系数。线性系数χ¹决定了光波的线性传播，如折射、反射、衍射和色散；而高阶谐波极化系数χ²和χ³则决定了光波在对应于强电场下谐波产生的高次谐波光。二阶谐波极化系数在具有反转对称结构的介质中会消失，但在一些具有非中心对称结构的非线性介质中可能谐振很大，例如铌酸锂（LiNbO₃）。