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第1章 强光光学导论1

1.1 强光光学的学科定义1

1.2 强激光与物质相互作用的主要特点3

1.3 强光光学效应的应用价值和科学意义6

1.4 描述强光光学效应的两种理论体系8

第2章 非线性电极化过程的基础知识10

2.1 光学介质的非线性感应电极化效应10

2.2 介质产生感应电极化的物理机制13

2.3 非线性电极化率的张量表现形式14

2.4 非线性电极化率的基本性质16

2.5 非线性电极化作用下的耦合波动方程19

参考文献22

第3章 二阶非线性（三波）混频效应24

3.1 光学二次谐波效应24

3.1.1 二次谐波产生的量子图像描述24

3.1.2 二次谐波的半经典理论定量描述25

3.1.3 产生二次谐波的工作物质29

3.1.4 产生二次谐波的实验装置32

3.2 光学和频与差频效应34

3.2.1 光学和频效应34

3.2.2 光学差频效应35

3.2.3 光学和频与差频产生的实验装置36

3.3 光学参量放大与振荡效应37

3.3.1 光学参量效应的物理描述37

3.3.2 光学参量放大和振荡条件的推导38

3.3.3 光学参量放大器和振荡器实验系统40

参考文献44

第4章 三阶非线性（四波）混频效应46

4.1 四波混频（四光子参量作用）的几种方式46

4.2 光学三次谐波的产生48

4.2.1 三次谐波效应的非线性电极化理论描述48

4.2.2 实现三次谐波相位匹配的方法51

4.2.3 三次谐波产生的共振增强52

4.2.4 产生三次谐波及和频幅射的介质和装置54

4.3 拉曼共振增强的四波混频56

4.3.1 相干斯托克斯与反斯托克斯环状辐射的产生56

4.3.2 两拉曼差频光束成微小角度入射的情况58

4.4 非共振四光子参量作用59

4.4.1 部分简并四光子参量作用59

4.4.2 简并四光子参量作用61

参考文献62

第5章 强光引起的折射率变化65

5.1 线性光学中对折射率的描述65

5.2 非线性光学中对折射率的描述67

5.3 双光束入射引起的折射率变化69

5.4 双光子共振引起的折射率增强变化70

5.5 拉曼共振引起的折射率增强变化72

5.6 折射率感应变化的物理机制73

5.6.1 引起折射率变化的不同物理机制73

5.6.2 分子再取向克尔效应引起折射率变化的表示式75

5.6.3 电致伸缩效应导致的折射率变化的表示式77

5.6.4 感应折射率变化的时间特性78

5.7 二阶非线性电极化过程导致的折射率耦合变化（光频泡克耳斯效应）80

参考文献84

第6章 强光自聚焦、自相位调制与光谱自加宽85

6.1 强光自聚焦的基本理论描述85

6.1.1 自聚焦现象概述85

6.1.2 光束自陷的感应波导模型88

6.1.3 稳态自聚焦解析理论89

6.1.4 稳态自聚焦焦距的半经验公式94

6.1.5 动态自聚焦描述94

6.2 自聚焦的直接观测实验95

6.2.1 自聚焦光束多焦点结构的直接观测95

6.2.2 对超短脉冲产生多焦点自聚焦行为的模拟数值计算100

6.3 强光脉冲的自相位调制和频率啁啾效应103

6.4 强光脉冲的光谱自加宽效应107

6.4.1 准单色强光脉冲自调制导致的光谱自加宽107

6.4.2 多频率组分脉冲拍频调制导致的光谱自加宽108

6.5 相干连续谱白光辐射之产生111

6.5.1 超短强光脉冲产生相干连续谱白光辐射111

6.5.2 用纳秒激光脉冲产生相干连续谱白光辐射116

6.5.3 相干连续谱白光辐射之应用119

参考文献120

第7章 强光受激散射效应122

7.1 光的散射现象概述122

7.1.1 光的散射现象的起因122

7.1.2 光的散射现象的分类123

7.1.3 光的受激散射与普通（自发）散射间的区别125

7.2 受激拉曼散射理论126

7.2.1 拉曼散射过程的量子理论图像126

7.2.2 拉曼散射过程的量子理论描述128

7.2.3 自发和受激拉曼散射概率表示式131

7.2.4 受激拉曼散射增益系数和阈值条件133

7.3 受激拉曼散射实验规律性136

7.3.1 实验装置和散射介质136

7.3.2 受激拉曼散射过程中的四波混频138

7.3.3 拉曼共振增强的自聚焦效应143

7.4 自旋反转、电子、纯转动跃迁受激拉曼散射147

7.4.1 自旋反转受激拉曼散射147

7.4.2 电子跃迁受激拉曼散射150

7.4.3 纯转动跃迁受激拉曼散射153

7.5 受激布里渊散射效应154

7.5.1 自发和受激布里渊散射的物理图像154

7.5.2 受激布里渊散射的理论156

7.5.3 受激布里渊散射（SBS）的实验研究163

7.6 受激克尔散射效应168

7.6.1 有关光频克尔效应的背景知识168

7.6.2 受激瑞利翼散射169

7.6.3 超宽带受激散射现象的发现170

7.6.4 克尔散射的物理模型172

7.6.5 克尔散射的截面174

7.6.6 受激克尔散射的增益和阈值条件177

7.6.7 实验结果与理论的比较179

7.7 受激瑞利-布拉格散射效应184

7.7.1 效应发现的背景184

7.7.2 受激瑞利-布拉格散射的物理模型184

7.7.3 受激瑞利-布拉格散射产生的阈值条件185

7.7.4 受激瑞利-布拉格散射的实验特性187

7.8 受激米氏散射效应189

参考文献192

第8章 光学相位共轭效应197

8.1 相位共轭波的定义和功用197

8.1.1 频率简并与非简并的相位共轭波场197

8.1.2 相位共轭波的特殊功用198

8.2 利用四波混频产生后向相位共轭波200

8.2.1 利用简并四波混频产生后向共轭波200

8.2.2 简并四波混频产生后向共轭波的两种物理解释203

8.2.3 利用部分简并四波混频产生后向共轭波205

8.3 利用四波和三波混频产生前向相位共轭波206

8.3.1 利用四波混频产生前向共轭波206

8.3.2 利用三波混频产生前向共轭波208

8.4 利用四波混频产生相位共轭波的实验研究210

8.4.1 简并四波混频产生后向共轭波210

8.4.2 部分简并四波混频产生后向共轭波214

8.5 利用后向受激散射产生相位共轭波215

8.5.1 后向受激散射相位共轭特性的实验发现215

8.5.2 后向受激散射相位共轭特性的实验表征216

8.5.3 后向受激散射具有相位共轭特性的物理解释220

8.5.4 后向受激散射相位共轭特性的数学描述221

8.6 利用后向激光发射产生相位共轭波225

8.6.1 后向激光发射相位共轭特性的发现和物理解释225

8.6.2 后向激光发射相位共轭特性的实验特征226

8.7 光学相位共轭技术的应用231

8.7.1 相位共轭技术在特种激光器系统中的应用231

8.7.2 相位共轭技术在高比特速率远距离光纤通信系统中的应用232

参考文献238

第9章 非线性光谱学效应240

9.1 限制光谱分辨率之诸因素240

9.1.1 传统光谱分光仪器的仪器宽度241

9.1.2 气体样品的谱线多普勒加宽241

9.1.3 气体样品的谱线压力（碰撞）加宽242

9.1.4 渡越加宽影响243

9.1.5 谱线的二次（横向）多普勒效应加宽243

9.1.6 反冲加宽和光场斯塔克加宽244

9.1.7 入射激光谱线宽度之影响245

9.2 饱和吸收光谱学效应245

9.2.1 效应概述245

9.2.2 基本理论考虑248

9.2.3 实验研究简述250

9.2.4 交叉耦合饱和吸收光谱效应253

9.3 双光子吸收光谱学效应255

9.3.1 效应概述255

9.3.2 有关2PA的基本理论描述257

9.3.3 有关实验结果259

9.4 相干拉曼和四波混频光谱学效应262

9.4.1 效应概述262

9.4.2 相干反斯托克斯拉曼光谱学（CARS）效应263

9.4.3 拉曼感应克尔效应光谱学（RIKES）效应268

9.4.4 拉曼增益光谱学（RGS）和反拉曼光谱学（IRS）效应270

9.5 激光偏振光谱学效应273

9.5.1 效应概述273

9.5.2 消多普勒加宽饱和吸收偏振光谱学效应273

9.5.3 偏振CARS光谱学效应276

9.5.4 偏振标定分子光谱学效应278

参考文献280

第10章 瞬态相干光学效应282

10.1 瞬态相干作用的定义和特点282

10.2 自感透明效应283

10.2.1 2π脉冲的定义和自感透明283

10.2.2 2π脉冲的形状和速度286

10.2.3 自感透明的实验289

10.3 光子回波效应291

10.3.1 光子回波现象291

10.3.2 光子回波的理论描述293

10.3.3 光子回波的实验297

10.4 光学章动效应299

10.4.1 现象概述299

10.4.2 布洛赫（Bloch）方程的建立301

10.4.3 瞬态相干辐射场方程304

10.4.4 光学章动的实验研究306

10.5 光学自由感应衰减效应308

参考文献311

第11章 光学时间孤子314

11.1 形成时间孤子的条件314

11.1.1 群速度和群速度色散（GVD）314

11.1.2 石英玻璃光纤的折射率和群速度色散315

11.1.3 在非线性介质中GVD效应和自相位调制效应之间的平衡316

11.2 时间孤子的基本性质318

11.2.1 非线性色散介质中光传输满足的波动方程318

11.2.2 光纤系统中非线性波动方程的时间孤子解319

11.2.3 光纤中产生时间孤子效应的实验证明321

11.2.4 在n2＜0并具有正GVD的介质中孤子型脉冲的形成322

11.2.5 时间孤子在光纤中的长距离传输323

11.3 时间孤子的自变窄和自频移效应325

11.3.1 高阶时间孤子在经过短光纤后的自变窄效应325

11.3.2 由拉曼增益引起的时间孤子的自频移效应326

11.4 光纤孤子激光器329

11.4.1 时间孤子激光器的工作原理329

11.4.2 孤子激光器的初始设计329

11.4.3 稀土离子掺杂光纤孤子激光器330

11.4.4 光纤拉曼孤子激光器333

参考文献335

第12章 光学空间孤子338

12.1 光学空间孤子的定义338

12.2 空间亮孤子的产生338

12.2.1 空间孤子在三阶非线性介质中的形成339

12.2.2 空间孤子在二阶非线性介质中的形成341

12.2.3 空间孤子在液晶介质中的形成342

12.2.4 空间孤子在光折变介质中的形成344

12.3 空间暗孤子的形成346

12.4 空间孤子的相互作用及应用351

12.4.1 在三阶非线性介质中空间孤子的相互作用351

12.4.2 在二阶非线性晶体中空间孤子的相互作用353

12.4.3 在光折变介质中的空间孤子相互作用355

参考文献357

第13章 多光子激发过程和应用360

13.1 多光子吸收过程的基本描述360

13.1.1 多光子吸收过程的原理360

13.1.2 强光束在介质中传播时的衰减公式362

13.1.3 分子双光子吸收截面的理论表述363

13.2 多光子吸收材料363

13.2.1 多光子吸收材料简述363

13.2.2 多光子吸收材料的种类364

13.3 多光子吸收介质的非线性光学特性367

13.3.1 多光子激发波长的选择367

13.3.2 离散波长双（多）光子吸收截面测量368

13.3.3 影响吸收截面测量结果的诸因素369

13.3.4 双（多）光子吸收光谱分布之测量373

13.3.5 双（多）光子吸收导致的荧光发射特性375

13.4 多光子激发技术的应用377

13.4.1 多光子泵浦之频率上转换激光发射377

13.4.2 基于多光子吸收的光学限幅382

13.4.3 基于多光子吸收原理的光学稳定和光学整形386

13.4.4 基于多光子吸收的光学三维数据存储389

13.4.5 基于双光子聚合原理的光学微制作393

参考文献395

第14章 非线性电极化率的详尽理论399

14.1 密度矩阵和相互作用能399

14.1.1 密度矩阵的基本方程399

14.1.2 相互作用能的多极矩展开401

14.2 各阶电极化率的密度矩阵方法求解404

14.2.1 密度矩阵方程的逐次求解404

14.2.2 各阶电极化率张量元的解析表示式407

14.3 非线性电极化率的主要性质411

14.3.1 局部场修正411

14.3.2 空间对称性413

14.3.3 互换对称性和时间反演对称性416

14.4 非线性电极化率的共振增强性质419

14.4.1 一阶和二阶电极化率共振增强效应419

14.4.2 三阶电极化率的单光子共振增强421

14.4.3 三阶电极化率的双光子和频共振增强421

14.4.4 三阶电极化率的双光子差频共振增强422

14.4.5 相干反斯托克斯拉曼发射效应423

14.4.6 非线性电极化率量子力学表示式之适用性424

参考文献426

附录427

附录1 用于非线性光学的物理常数427

附录2 数值估算和单位制转换427

附录3 晶体和其他介质的线性电极化率张量元430

附录4 晶体的二阶非线性电极化率张量元430

附录5 晶体产生二次谐波的非线性电极化率张量元432

附录6 晶体和其他介质的三阶电极化率张量元434

附录7 晶体和其他介质的核贡献三阶电极化率张量元437

附录8 2π脉冲自感透明的公式推导439