宝石特殊光学效应总结范文合集

第一篇：宝石特殊光学效应总结

宝石特殊光学效应总结

1、猫眼效应

猫眼效应由宝石所含包裹体产生，当这些针状、柱状、四丝绢状的包裹体平行排列，并且宝石切成湖面时就会产生猫眼效应。此外，猫眼效应还与宝石的折射率有关，包裹体的折射率与宝石的折射率差值越大，则眼线越亮。具有猫眼效应的宝石，随着宝石的摆动，“眼线”也随之摆动，并且眼线沿逆着光源得方向移动。若包裹体不与宝石的底面平行，则眼线会发生偏离。

常见可以产生猫眼效应的宝石：红宝石、蓝宝石、祖母绿、金绿宝石、变石、海蓝宝石、紫锂辉石、月光石、碧玉、碧玺、翡翠、透辉石、芙蓉石、石榴石、矽线石、方柱石、红柱石、坦桑石、石英、孔雀石、蓝晶石、欧泊、磷灰石、蓝晶石、透闪石等。

2、星光效应

星光效应的产生和猫眼效应类似，也是由包裹体引起的。以红、蓝宝石为例，是由内部的丝绢状金红石包裹体平行排列从而出现了星光效应。如有一组包裹体，红、蓝宝石则产生6线星光；若有两组包裹体，就会产生12线星光（若为合成的红、蓝宝石，则只能产生6线星光）。和其类似的有芙蓉石，也可以产生6线和12线星光，而石榴石却常见4线和6线星光。透辉石也可产生星光效应，但一般可以产生星光效应的透辉石颜色很深，并且它只能产生4线星光，而且正交。

常见可以产生星光效应的宝石：红、蓝宝石（6、12）、石榴石（4、6）、芙蓉石（6、12）、透辉石（4）、尖晶石（4）、黄晶（12）

3、变色效应

变色效应是指在不同光源的照射下，宝石呈现不同颜色的效应。以变石为例，在日光的照射下呈绿色，在白炽光的照射下呈紫红色，因此有“白天的祖母绿，夜间的红宝石”之称。其原因是：变石有二个透光区，即红色波段和绿色波段。日光中绿光的成分偏多白炽光中则红光偏多，故它们照射到该宝石上时，分别使绿色加浓和红色加浓，而分别呈现出绿色和红色。常见具有变色效应的宝石：蓝宝石、锆石、变石、红宝石、碧玺、石榴石等。

4、月光效应

月光效应也称为光彩效应，月光效应是光彩效应中的一种特殊效应。月光效应是指在一个弧面型的宝石上，转动宝石时，可见到一种波形的银白色或淡蓝色浮光，形似柔和的月光（所看到的银白色或淡蓝色是假色）。以长石类宝石最为常见。其原因是宝石内部的包体或特殊结构对光所产生的一种漫反射效应。

月光石温柔的晕彩又称冰长石晕彩，它是由正长石内具有的一些微细钠长石双晶片，对光线漫反射产生干涉作用产生的。双晶片越红薄，所形成的月光就越明亮，加工好有时能形成似“猫眼”的亮带，并呈现出淡蓝色光波。常见可以产生光彩效应的宝石：月光石

5、砂金效应

砂金效应是指某些透明宝石表面上呈现许多星点状闪亮的反光点，如砂金在水中闪烁。其原因是透明宝石内部有许多不透明的浸染状分布的微细片状、鳞片状、粒状的固态色体，如云母片、黄铁矿、赤铁矿、小金属片等，对光进行反射，从而产生砂金效应。常见可以产生砂金效应的宝石： 日光石、青金石

6、变彩效应

变彩效应是欧泊拥有的最瑰丽神奇的光学现象。在深色和浅色背景上显示不规则的色斑。这些色斑具有丝绸般的美丽光泽。不同的色斑之间有不同的条纹。当晃动宝石的时候，晕彩会随宝石的转动而变化，因此称变彩效应。其原因是欧泊是低温富二氧化硅的水沉积到岩石孔洞和裂缝中形成的。有变彩的欧珀是因为内部规则排列的二氧化硅小球体组成。变彩的颜色取决于小球的大小和排列。

7、多色性

多色性——指非均质的宝石晶体因各向异性使晶体的不同方向呈现不同的颜色这种特性，有二色性和三色性之分。以蓝宝石为例，蓝宝石晶体顺其柱体处长方向呈蓝绿色，垂直延长方向呈蓝色。

常见三色性宝石：堇青石、红柱石、紫锂辉石、榍石 常见二色性宝石：变石、红宝石、蓝宝石、海蓝宝石

第二篇：光学历年总结

北京大学工学院光学试题2013年04月07日 23:03:44

我把所有能收集到的题目就乱乱的都贴在一起了~ 版本1：

1.写出惠更斯-菲涅尔原理的内容及基尔霍夫衍射积分公式

2.写出光栅的结构因子和单元因子。与投射式光栅相比，反射式闪耀光栅的优点是： 3.写出Abbe干涉成像原理的内容及其意义

4.泽尼克相衬显微镜（1）研究对象是什么（2）用4f系统和矢量图解法画出工作原理（Ps：这个是他上课讲了但是书上和ppt上都没有的东西……）（3）写出步骤（4）能否将 零级谱光强完全去除，为什么？

5.波带片如图所示（只露出第2、4条半波带）：（1）写出各焦点的位置（2）为何会有 多个焦点？（3）用螺旋式曲线求主焦点和左侧第一次焦点的光强（4）为何对于圆孔在轴 线上会有亮暗分布，而圆屏则轴线上各点均是亮点？

6.Apple公司新出的Iphone4，分辨率为326像素/英寸（25.4mm），据负责人Steven说已超过了人眼的分辨率，请问是否事实如此。人眼的极限分辨率是多少？瞳孔直径2~8mm，接受的波长范围400~750nm（Ps：可能具体数字不准确……）。将该Iphone4放到多远处可看清每个像素？

7.用波长为λ的平行光和球面光全息照相得到余弦光栅底片，其透过率函数为t(x,y)=t 0 + t1*cosk(x^2+y^2)/2Z.现用与水平面夹角为θ向右下入射的波长为2λ的平行光照射 该余弦光栅，问衍射场的组成及特点。

8.写出透镜的空间极限频率与仪器分辨本领的关系，物放在焦面F处。

9.一台光栅光谱仪，两个凹面镜的焦距均为30cm，接收用CCD宽度为2cm，分2000个像素。接收的波长范围是650~750nm，问光栅应如何选取？若入射光的宽度为1cm，应怎样选择透镜以符合其分辨率？

10.根据惠更斯原理，画出平行光正入射到负晶体上，晶体内和晶体外的o光e光传播方向、偏振方向和波前。光轴方向为与水平面夹角α。

11.两偏振片垂直放置，中间放有光程差（n0-ne）d=λ/2的晶片，初始时光轴平行第一 个偏振片放置，然后晶片以ωt的角速度旋转。I0的自然光垂直入射到第一个偏振片上，求I1（透过第一个偏振片的光）I2（透过晶片的光）及I3（透过第二个偏振片的光）。

版本2：

期中也是，考了好多概念和应用的题，不难不复杂，但是要是原理不清，很可能想不清楚 做不对（比如本人……）

Ps：光学本身很妙，但是上wsf的光学，一定随着他讲课的进度及时自学，否则到考试前 再自学恐怕内容太多来不及……ppt和蓝皮书结合看还是不错的。别的不说啥了，大家懂 得，想选光学的学弟学妹们先去试听一节再说。好自为之……

版本3： 填空题： 简述惠更斯原理 两束光相干的三个条件 两种干涉装置及举例 傍轴条件和远场条件

解答题

1、画出迈克尔孙星体干涉仪的简图，说明其巧妙性。

2、近视眼能不能看清等倾条纹？能不能看清等厚条纹？

3、已知波长，求光频率（这个比较简单……）

4、一个凸透镜在中间，左右是两个焦面。左焦面上有OQ两点源，O在光轴上，Q在光轴上方a处。写出两点波前函数（透镜前和透镜后，一共4个）和右焦面接受屏上的干涉条纹形状、间距。

5、凸透镜劈两半的那个干涉装置。画出干涉区域，求两像点连线中垂面接受屏上的干涉条纹形状、零级亮斑位置。

6、（比较怪诞的题）迈氏干涉仪装置的变型。但是n和h都是T的函数。已知dn/dT和dh/dT，还有初始时的n、h、λ，吞吐了80个条纹，求最后的温度。（主要是计算怪异……据说是270多度？）

7、杨氏干涉装置中光源宽度的问题。求极限宽度、极限缝距（和前面一问条件不同）和在第二问条件下缝距变为1/3时的衬比度。

8、已知相关数据，求迈氏干涉仪的测长精度、量程、讯号频率。

9、（书上习题的翻版）工件上有条沟，已知等厚干涉图样、条纹间距和条纹偏离距离，求沟深。

版本4：（送分题部分）

光场时间相干性和空间相干性的反比公式 惠更斯-菲涅尔原理的表述、做图、积分式 阿贝成像原理的表述、意义

四种光波的成分分析（一种平面，两种球面，一种球面加平面）费马定律的表述 用费马定律推导折射定律

（大题部分）

1、类似于对切透镜，但是只有上半部分。即平行光照射，一个凸透镜的上半部分在光轴 上，远处在3F处有个屏，求干涉条纹和一些性质。

2、等厚干涉检验验规是否等高、平整。和红书上那题类似。

3、已知电视机对角线长度，长宽比，分辨率，人眼直径，光波长，求在多远距离之外看电视比较合适。

4、全息图。把一平面波和一球面波（波长相等）的波前记录下来作为衍射光栅，用另一种波长是前两波一半的球面波去重现，求重现波。

5、衍射重复单元。结构单元是单缝，间距分别为a、2a、a、2a、……求衍射场。

6、平行光照射透射光栅。具体不记得了。但就是关于光栅性质的简单计算。（结果我还 是算错了……ft）

7、两个相同的余弦光栅垂直叠加。求频谱面上出现几个谱斑。然后是滤波：只需要cos（2πf（x+y））成分，画图说明怎么滤掉。

8、偏振片干涉。没做完，不说了。

版本5：

1.岸上一个信号发射器，发出电磁波，水面船上一个信号接收器。已知两者高度，电磁波波长。在一个距离D接收器收到加强信号，在D-80米处又收到。求D以及下一次收到加强信号的位置。

2.和现代光学基础4.18题类似。

版本6：

1、惠更斯-菲涅尔原理的内容、积分式与图示说明，并利用积分式说明为什么太阳看起 来是均匀发光的圆盘

2、阿贝成像原理的内容与意义

3、反射闪耀光栅相比投射光栅的优点

4、相衬显微镜的原理

5、布儒斯特角相关，说明对于平行玻璃板，上表面反射光为线偏振光时，下表面反射 光的偏振状态

6、布拉格衍射相关，说明寻找晶体衍射斑的方法及原因；以及微波衍射中，给定波长 时设计合适的晶面间距使得观察效果较好---------概念与计算的分割线-----------------

7、给定星体角间距，求望远镜的最小口径及对应的放大倍数

8、全息图相关，给定物光、参考光、与成像时的入射光，求屏函数与出射场的成分

9、单缝衍射中，将下半部分以折射率为n，厚度为d的啥（名字不记得了）覆盖，（其 实就是增加(n-1)d的光程），求新的衍射场，并在给定缝宽a与(n-1)d的条件下画出光强 分布图

10、透射光栅相关，给条件求光栅常数d、缝宽a、总长度D并说明衍射场情况11、4f系统相关，求正交密接的全同余弦光栅在频谱面上的光斑形状，并设计滤波器使 得像场与cos(2πf(x+y))成正比。

12、利用四分之一波晶片，求自然光与圆偏振光的混合光中两者的比例

13、偏振光相关，叫欧啥棱镜（名字又不记得了），画光路图并计算出射光夹角，类似 小红本习题指导3-14题，但光轴方向不同

第三篇：光学实验总结

2011年第一学期光学实验心得体会

生命科学学院

09级生科3班

余振洋

200900140156 2011/6/1

这个学期即将过去，而光学实验也已经全部结束了。老实说，虽然我是一名学习生物科学的理科生，但这却是我第一次正真意义上的接触到各种光学仪器，第一次深入了解不同的光学原理。因此在实验过程中，当每一次面对不同的仪器和不同的方法时，都需要一个了解和熟悉的过程，这也使得实验的过程显得不是那么的顺利，但总体来说还算平稳，自己也从中收获了很多。

在这个学期中，我跟随着四位不同的老师，学习和体验了六个不同的光学实验，分别是：应用最小偏向角法测定三棱镜的折射率；单色仪的调节与定标；偏振光的产生、检验及强度测定；小型旋光仪的结构、原理及使用；测量牛顿环直径并计算曲率半径；利用双棱镜干涉法测He—Ne激光波长。每做完一个实验，第一感想都是相同的：其实实验本身很简单，只要能够对实验原理有细致深入的了解，在过程中足够细心，很多之前出现过的问题和状况是完全可以避免的。

与此同时，对于我们所使用的这本《实验光学》教材，它在内容的编排上也有其独到之处。与以往的实验指导教材不同，它并不是将每次实验所涉及的实验目的、原理、实验仪器的操作、实验步骤堆在一起列举出来，而是首先将所有的实验原理、实验仪器的操作列举在了书的前面，而将从中发散思维而设计的实验的简洁的实验内容与之分开罗列。这样一来，在进行实验预习的时候就需要自己查阅课本及相关资料，再将它们串联起来。这个过程中就需要对本次实验所涉及的相关内容进行查询，了解设计实验的背景及相关资料，从而更好的认识到这次实验的目的及原理所在，学习前辈学者设计实验的思路及科学的思考问题和解决问题的方法，并且对其进行思考，从而有所发现，加深了对科学实验重要性的了解，明确了物理实验课程的地位，作用和任务。

在试验操作过程中，也培养了自己的动手能力，将学到的实验理论知识应用到实践能力，提高了将实验理论和实际的实验过程相结合的能力，对以后的实验操作及理论知识的学习打下了坚实的基础，有很大的促进作用。

在对实验结果分析的过程中，掌握了测量误差的基本知识，学会了正确处理实验数据的能力。这之中包括：测量误差的基本概念，直接测量量的不确定度计算，间接测量量的不确定度计算以及处理实验数据的一些重要方法。锻炼了分析问题及解决问题的综合能力，从实验过程所遇到的困难中，分析问题的症结所在，并从以往所学到的知识原理中寻找解决措施，从失败的实验结果中分析原因并找出解决方法，从成功的实验结果中分析成功的的关键所在，总结经验，以便下次实验的成功。

下面再对光学实验提出一点建议： 1． 关于实验仪器：

在整个的实验过程中，我想所有的同学包括老师们都知道，有些仪器在操作上并不是那么的准确，甚至是有问题的。而我们学生在使用时，事先并不知情，往往是做到第一组数据出来后或者已经进行到一半了才发现仪器的问题，这样不仅浪费了时间，也有可能打击同学们的积极性。不管是仪器老化还是维护技术的问题，我希望老师们能定时地做一次仪器检测，能调整的尽量调整，不能调整的，就在旁边做一个标注，说明这台仪器有问题，建议同学不要使用。

2.关于老师的教学方式：

我在一个学期的时间里接触到了四位老师，也体验到了不同的教学方式。但这之中，我觉得能带给我们更多启发的是教我们“应用最小偏向角测定三棱镜的折射率”的那位老师（不好意思，由于只接触了一次，我没能记住他的名字）。这位老师在讲解实验原理时，会把我们叫到一块儿，然后根据黑板上的图示，挨个提问我们。在我们说出自己对实验原理的理解后，老师会在此基础上进行正确的讲解并补充相应的细节。这一整个环节后，大家对实验原理就有了透彻的理解，也为接下来实验过程的顺利进行打好了基础。而虽然其他几位老师也都将实验原理及操作方法讲的很仔细，但毕竟只是单方向的输入，而且同时也不能排除有些同学压根就没预习，即使老师讲了以后也没搞懂，最后单纯只是依样画葫芦凑出实验数据了事，我想这样纯粹是浪费时间。而且我们组的成员都觉得，在那位老师和我们一起熟悉了实验原理后，各自都或多或少获得了一些启发性的东西，这样的话，该实验的意义便提高了一个层次了。3.关于实验报告：

每次做完实验，我们都会写一份实验报告，并在最后附上实验数据和针对数据的分析以及讨论。但是我们并不知道我们所回答的课后习题是否正确，而且也不知道我们所总结的实验收获是否完整，也无法了解其余同学的总结。所以希望老师们能在每次实验后将批改完的报告发给我们，以便我们进行自我修正，并提高自己的报告水平。有必要的话，还可以适当进行讲解，加深对实验的认识。4．关于实验内容：

由于时间有限，而实验的内容又很多，所以每个同学每学期只被安排做6个实验，所以很多好的、经典的物理光学实验，我们都没有机会去做，不免让人感到遗憾。比如说全息照相，当我听那些做过的同学讲其中的奥妙和乐趣时，心里那个羡慕啊。但是好像我们在大学阶段就再也无法接触到光学实验了，所以真的很遗憾。对于这点，我也没有很好的办法，毕竟我们不是本专业的学生，所以只能在这儿发一下小感慨了。

总之，我在基础光学实验中，学到了许许多多的东西，我在今后的学习生活中，一定会把它们用上的。最后，再一次对给予我们细致认真讲解和启发性指导的老师表达诚挚的谢意。

第四篇：光学实验学期总结

光学实验学期总结

09级 生命基地 刘翠翠（200900140067）

时光飞逝，转眼间，进入山大的第二个年头已接近尾声。当初怀揣着梦想与憧憬迈进山大校门的我们在经历了两年大学生活的洗礼后，经历了很多不同的体验，也学到了不少理论知识与实践技能，尤其是实验动手能力得到了很大程度的锻炼与提升。

回顾本学期做过光学实验，我掌握了以下实验的基本原理、方法要点以及实际操作中的主要注意事项：

一、迈克尔孙干涉仪调整及干涉现象观察

这是我接触的第一个光学实验，也是我喜欢上光学实验的开始。这次实验让我更加深入地了解到等厚干涉和等倾干涉条纹的成像原理及特点，同时也学到了利用迈式干涉仪测量波长差的方法。在小组中，我是最后一个完成实验的，但老师仍然耐心等着，还让我不要着急。此次试验后，我感慨颇深，光学实验要求精密操作，所以试验时一定要有充足的耐心和细心，心浮气躁、大手大脚只会让你绕更多弯路。

二、激光全息照片拍摄及观察

指导该实验的老师非常注重我们的实验设计与独立动手能力，言谈也非常幽默，我们都很喜欢他。通过本次实验，我掌握了全息照相的方法、原理及其与普通照相的差别，同时也体现了一回蹲黑屋子的刺激感。虽然最后的实验结果不是很好，但“一次失败的实验相比于一次成功的实验往往会让你收获更多”。

三、分光仪调节及棱镜顶角的测定

分光仪的调节是所有实验中最费时，也是最考验操作者耐心的。这次试验让我再次成为小组的“最后一员”，而且由于之前预习不到位，造成刚开始的读数换算错误，最后实验数据记录得一塌糊涂，连自己一时都找不着记在哪一页。实验后，我进行了深刻反省，并告诫自己：今后实验一定要严谨，一切记录都要规规整整，有条有理，切不可粗枝大叶。

四、应用阿贝折射仪测量固、液体折射率 这次实验原理非常简单，也是用时最短的一次实验。但测量液体后我的实验数据与其他人存在偏差，后来我又理了一下实验过程，发现液体测量时的测量顺序与别人不同，顿时才恍然大悟：液体测量时容易出现每次测量后擦拭不彻底的问题，正确的测量顺序应该是液体折射率由小到大，这样就算没有完全擦拭干净，对实验结果的影响也相对比较小。

五、小型摄谱仪调整及最佳摄谱位置的确定 我觉得该实验是最有意思，也是我们做得最尽兴的一次实验。由于之前预习比较充分，老师稍加指点后我们便开始动手了。本次实验要求两人一组，先在实验室调整摄谱仪并摄影，然后转入暗室洗片，与我们之前做过的“激光全息照片拍摄及观察”有相同之处，但也有细微差别（要求全黑环境）。通过这次实验，我们的实际动手与小组协调能力都得到了进一步锻炼。

六、应用焦距仪测定焦距与顶焦距

本次实验是根据透镜成像的比例关系确定透镜焦距，由于厚透镜成像较小，观察时很不容易，所以老师给我们降低了要求，只让我们测相对较容易观察的两个透镜。而且，我使用的是5号仪器，与前四台仪器有些差别，所以调节和测量时要特别注意。在测量凹透镜焦距时，可能是由于调节过快，一直找不到其在玻罗分化板上的像，所以我又选择了厚透镜测量，虽然观察时很累眼睛，但总算是测出来了。看来还是得重申一下第一次实验时的感想：实验时一定要耐心加细心。

虽然本学期我们只做了六次实验，但总结起来，还是学到了不少生化实验的操作技巧与方法。但实验技能的提升要依靠理论积累和实际应用的结合，而且通过自己实际动手操作会学到更多知识，理解与掌握也更加牢固。

说实话，对于本学期的光学实验我还是比较喜欢的，它正是我理想中大学实验的操作模式。这短短几周的光学实验让我受益匪浅。

在一些生化类实验室中，常会出现实验试剂或仪器不足的现象，这样常常会影响试验进度，对于一些对时间要求比较严格的实验，还会造成操作时间的延误，从而影响实验结果。然而在光学实验室中，我们不用担心会被这种情况困扰，基本上是每人一台仪器，真正锻炼了每个实验者的实际动手和独立操作能力。除非必要，我还是比较喜欢自己独立实验，因为通过自己实际动手操作，往往会对实验原理理解得更加透彻，对操作方法也会掌握得更加牢固。

同时，在一些小组合作的实验中，我们的团结协作能力也得到了很大程度的提升。例如在“全息照相”和“摄谱仪的调整和最佳摄谱位置的确定”这两个实验中，我们通过小组中各个人员的分工协作取得了不错的实验结果，同时也增进了彼此的友谊。

在这里，我还想冒昧地提两点小建议。

首先，希望老师能多重视同学们的反馈，对实验室的一些设备进行定期检查与更新，虽然我知道老师们一直在尽心于该项工作。通过几次实验操作以及一些同学的反映来看，实验室中某些仪器确实存在一些问题，例如全息照相中的1号仪器。虽然老师说过，“永远别怀疑实验仪器，要从自身找原因”，但不可否认，个别仪器确实较难调节至最佳状态，不然怎么会连续几组都在同一台仪器上出现问题？我想除了实验者的操作技巧，肯定还有某些实验仪器因素的干扰。

另外，希望老师能对实验数据的真实性及实验分析多加重视，而不要过于计较实验结果的准确性，毕竟每个人的操作能力有限，而且实验更需要考察的是操作者认真诚实的态度和错误分析及总结能力。不难发现，抄袭现象在同学之间非常普遍。当然，我不是反对借鉴，实验原理、步骤以及搞不明白的思考题等这些有固定答案的部分都可以参考，但是我很不支持连结果分析都照办不误的做法，每个人的实验结果及分析总结不可能完全相同，这样一种对自己不负责的做法，不仅对自身牢固掌握实验技能帮助不大，也不利于今后适应社会工作。我知道，老师们目前都很注重锻炼我们的独立动手与数据分析能力，像指导我们“迈克尔孙干涉仪调整及干涉现象观察”的平易近人的XXX老师，指导我们“激光全息照片拍摄及观察”的诙谐幽默的XXX老师，以及指导我们“小型摄谱仪调整及最佳摄谱位置的确定”的匠心独具的XXX老师都令我印象深刻，他们的教学方法也是我比较乐于接受的。

以上两点只是我个人的一点建议，若有不妥，还希望老师不要见意。在此祝愿实验室的条件能越来越好，实验者的操作技能及素质越来越高，也祝愿老师们身体健康，工作顺利。

第五篇：非线性光学复习总结（本站推荐）

一.非线性基本概念 线性极化率的基本概念:

一、电场的复数表示法：

E(r,t)=1/2E(r,ω)exp(-iωt)+c.c.(1)E(r,t)=Re{E(r,ω)exp(-iωt)}(2)E(r,t)=1/2E(r,ω)exp(-iωt)(3)

以上三者物理含义是一致的，其严格数学表示是（1）式。（注意是数学表达式，所以这种表示法主要还是为了运算的方便，具体那些系数、共轭神马的物理意义是其次的，不用太纠结。）

称为复振幅，不存在。1/2是归一化系数。

对于线性算符，可采用（3）式进行简化计算，然后加c.c.或Re{ }即可 对非线性算符，必须采用（1）式的数学形式计算

二、因果性原理：某时刻的电场只能引起在此时刻以后介质的响应，而对此时刻以前的介质响应没有贡献。也可以这样说，当光在介质中传播时，t时刻介质所感应的极化强度P(t)不仅与t时刻的光电场有关，也与此前的光电场有关。（先有电场E，后有极化P）

与此相关的是时间不变性原理：在某时刻介质对外电场的响应只与此前所加电场的时间差有关，而与所取的时间原点无关。

于是，极化强度表达的思路即是先找到时刻t之前附近的一段微小时间t-τ=dτ内电场的作用，再对从电场产生开始以来的时间进行积分，求得总的效应。

τ时刻电场，影响其后的极化：t时刻的极化，来自其前面时刻的电场贡献：

代表频率为的简谐振动，的频率仅是数学描述，物理上

或t时刻的极化，来自前面

时刻的电场贡献：

三、线性极化率：

其中

四、介电常数（各向同性介质）：

五、色散：由于因果性原理，导致

必然是频率的函数，即介质的折射率和损耗都随光波长变化，称为色散现象。正常色散：折射率随波长增加而减小。

六、KK关系:

以上两式为著名的KK色散关系，由K-K关系课件，只要知道极化率的实部和虚部中任何一个与频率的函数关系（光谱特性）就可通过此关系求出另外一个。

线性极化率张量

同样满足真实性条件：,所以，这两式是线性极化率的KK关系。

七、极化率的一维谐振子经典模型:没希望考了。非线性极化率的基本概念:

一、非线性极化强度：即与电场强度成二次、三次等幂次方关系的电极化强度。下图是课件里的标准写法

并不需要这么写就是了，可以写成下图所示，这是张量形式。

二、非线性极化率：对于二阶和频ω3=ω1+ω2，P(2)(ω1+ω2)=ε0Dχ(2)(-ω1-ω2,ω1,ω2):E(r,ω1)E(r,ω2)。课件里介绍了很多方法求解极化强度和极化率，但都是近似求解，表达式又那么复杂„„所以一般可以用这种表达式表示极化率的关系式。

三、张量性质：把上面所说的张量形式写成各分量的形式（标量形式）后

可看出极化率分别是二阶、三阶、四阶张量，分别有9、27、81个分量。

可以这么粗略的理解：极化率与极化强度和电场强度相关，极化强度有3个分量，电场强度有3、32、33个分量，所以组合起来就是上面那么多个分量了。

四、简并因子D：作用是使得非线性极化率的值对几种不同的同阶非线性光学效应能互相衔接，而不致发生突变。D来源于本征对易性，是光场部分的简并，因为不同频率光场在产生极化时不应该有不同的地位，尤其当几个光场频率相等时，这几个光场是不可分辨的。对n阶非线性，如果有m个相同频率，和波矢相关，要考虑方向的，例如四波混频，则简并度D=n!/m!

极化率的性质:

五、真实性条件:ω的复共轭关系。保证P和E都是实函数。a．对线性极化

所以：b．对非线性极化

六、本征对易性：光场ω的次序交换。

各光场频率在极化率表达式中的次序可以互换而不改变极化率。二阶非线性过程：

三阶非线性过程：

七、完全对易性:光场和信号场（即极化场）的ω次序交换。在远离共振区的条件下（，介质是无损耗的）

.可以这样看：当介质对光场不会产生不可逆（吸收损耗等）的作用，整个过程就可类似于光线可逆来看。二阶非线性过程：（）

之间任意交换不变，共6种

三阶非线性过程：（24种）

之间任意交换不变，共

八、时间反演对称性:-ω=ω

线性

所以线性极化率是对称张量。

九、空间对称性：介质的晶格对称性导致的。

晶格周期性排列导致空间对称性，这种对称性体现在物理性质上，就是晶体的物理性质的对称性。对极化率来说，空间对称性使得极化率张量的分量之间存在一定关系，相等、反号或等于零，使独立元素减少。

这里值得注意的是二阶极化强度，与物质直接相关的是极化率，反演对称性即是说χ在对称操作下不变，-P=P，所以P=0。通过反演操作可知，对具有反演中心的晶类，偶数阶的非线性极化率为零。

二.光的传播及耦合波方程 光在晶体中的传播:

一、各向同性与各向异性: 1)各向同性与各向异性：

各向同性介质即指介电常数在各方向上是相等的，光在各向同性介质中传播：D与E方向相同，且垂直于光波的传播方向k，能流方向I与k一致。

光在各向异性介质中传播的特点是：光波的传播方向(k)与能流方向(I=E×H)不同，其间有一个夹角。因为在介质中电感应强度D垂直于光波传播方向，电场E总是垂直于能留传播方向，因此D和E之间具有夹角。事实上不太大，对于大多数晶体

二、单轴晶体和双轴晶体：

单轴晶体：介电常数和折射率有这种关系D方向平行，非寻常光的E、D不平行。

双轴晶体：介电张量三个主值都不相等的晶体有两个光轴，称为双轴晶体。

三、o光和e光, 满足n的光波，其折射率与光波传播方向无关，称为寻常光（o光），折射率为n0。光波的折射率与光波的传播方向有关，称为非常光（e光），折射率表示为n=n（θ）2。，寻常光的E、四、e光的折射率：n(θ=π/2)=角。1//2，n(θ=0)=()1/2=n0 ,这个方向称为光轴方向。

221cossin=ne.。所以写成222。e光的能流方向和波矢方向的夹角称为走离

nnnoe

五、走离效应：即离散效应。由于光在双折射晶体中传播的方向与光轴的夹角不等于0°或90°时，e光的能流方向和波矢方向不是同一的，o、e光会逐渐分开。因此由角度相位匹配方法（见 十二 相位匹配角计算）得到的θm不等于90°时，产生的倍频光与基频光在空间上会离散开来。

耦合波方程:

六、慢变包络近似,：可忽略在一个波长范围内振幅的变化，或者说在波长量级的距离内光波振幅的变化非常慢（随z的变化是慢变）。是对振幅空间缓慢变化的近似：

七、准单色近似：振幅时间慢变近似。

假设波的振幅随时间缓慢变化（随t的变化是慢的），即满足以下近似

八、Manley-Rowe关系：

dIdIdI12312，其中IcnEi0ii，i=1,2,3dzdz2123dz是光强即电磁场辐射能流率。它表明了相互作用中三个光电场光子数的变化关系，两个光子湮灭产生一个光子是和频和倍频过程，一个光子湮灭产生两个光子是参量产生过程。也是在无损耗介质中非线

IIcon性相互作用的能量守恒关系，可写成：I，初始时光电场的总光强。公式推导时，123电场和极化强度采用的是复数表达形式，三个耦合波方程的极化率系数由对称性可知是相等的。

EninNLikzPnez20cn作为二阶三阶非线性作用的出发点，从耦合波方程：和极化强度PNL就可以导出各种效应和关系。

石顺祥和钱士雄的书上采用的相位相反„„不知老师有提过没，不要给判错了。此处采用钱士雄的，kk3k1k2，要大大的写出来，不然可能会误解。n1E1*dE1i2**ikzE1E2E3e1dzc

（1）

*n2E2dE2i2**ikzE1E2E3e2dzc

（2）*n3E3dE3i2*-ikzE1E2E3e3dzc

（3）

相位匹配:

九、第一类与第二类相位匹配：

第一类相位匹配：两基频光取同样的偏振方向，称为第一类相位匹配，其偏振性质对负单轴晶体表为o+o→e，对正单轴晶体表为e+e→o。

第二类相位匹配：取两基频光的偏振方向相互垂直：一束为o光，一束为e光。其偏振性质对负单轴晶体可表为o+e→o，对正单轴晶体可表为o+e→o。

十、临界和非临界

临界相位匹配：角度相位匹配。临界相位匹配可以推广到和频过程，同样可以有第I类和第II类两种匹配，匹配角计算复杂一些：

非临界相位匹配：温度相位匹配，通过温度控制折射率的微小改变，使θm在某一温度时达到90°。

十一、影响相位匹配的因素

1.走离效应：通过调整光传播方向的角度实现相位匹配时，参与非线性作用的光束选取不同的偏振态，就是的有限孔径内的光束之间发生分离。对于第一类相位匹配：降低倍频光的功率密度，扩大孔径。对于第二类相位匹配，影响倍频效率（基波分别为o光和e光，当它们在空间上完全分离时，就不能产生二次谐波）。薄晶体可以改善；非临界相位匹配可以避免。2.输入光发散引起相位失配（光束发散角）：实际上光束都不是理想均匀平面波，而是具有一定的发散角。根据傅里叶光学，任一非理想的平面波都可视为具有不同方向波矢的均匀平面波的叠加。而具有不同波矢方向的平面波不可能在同一相位匹配角方向引入了附加的，方向达到相位匹配。波矢k偏离z

正比于发散角。光束聚焦可以提高光强，有利于倍频效率，但细光束的发散角变大，会降低倍频效率。需要提高光束的亮度（单位立体角内的能流密度）

3.输入光束的谱线宽度引起相位失配（光谱宽度）：任何一束光都是具有一定谱线宽度的非理想单色波，所有频率分量不同不可能在同一个匹配角下达到相位匹配。其他光谱分量偏离加的，引起附正比于光谱宽度；短脉冲容易实现高功率和高光强；超短脉冲还有色散展宽效应，降低了峰值功率，影响效率。

十二、相位匹配角的计算：调节入射光波矢与晶体光轴之间的夹角θ，通过改变e光折射率n(θ)使之满足k3k1k20。记住Ⅰ类和Ⅱ类的相位匹配条件，代入e光折射率表达式中即可求出角度。倍频光处在低折射率的偏振方向上。负单轴Ⅰ类是

ne2,mno，Ⅱ类是ne2,m1ne,mno2，如上表。1/2系数的出现是因为基频光两折射率不相同。

三.二阶非线性过程

都是围绕能量和动量守恒

倍频:

一、有效倍频系数：（这部分还是看书好，具体参数不用深究了，记住结果就好了。）KDP晶体(负单轴晶体)，属于2m晶体，→e

二、最佳相位匹配：就在满足相位匹配角条件下，选择光线传播方位角使有效倍频系数最大。KDP晶体的Ⅰ型最佳是（匹配角41°，方位角45°）。有匹配条件和

使得

最大。匹配角

为非零元素。负单轴晶体（）第一类相位匹配，o+o的数值决定，即由材料本身的波长决定。

混频和参量过程:

三、和频, 光学和频可以用于频率上转换，就是借助近红外的强泵浦光（频率率）转换成可见光（频率），把入射的红外弱信号光（频）。光学和频是一种产生较短波长相干辐射的有效手段。和频转换效率32singL1

转换效率相关：小信号：当相互作用超过一个相干长度（gL=pi/2时的L值），更长的介质对增加效率也是没用的，所以需要满足相位匹配条件；转换效率取决于介质中基频光的强度，采用聚焦可以提高基频光的强度；选取合适的基频光偏振方向，可以获得大的倍频系数增加效率。能量与动量守恒关系：差频（前两个）、和频极化强度：，四、差频 输入，得到和的过程称为光学差频过程。可用于频率下转换。理论上和和频没多大差别。，能量与动量守恒关系：

五、频率上转换 输入和，得到

称为和频过程。当作为泵浦光，作为信号光，得到，称为参量上转换。

六、参量放大（OPA）

在类似于差频的过程中，随传输距离的增加，泵浦光的能量逐渐转移到信号光中去，使之放大，同时产生闲频光，这种过程与微波波段的参量放大类似，故称光学参量放大。（利用参量转换实现弱信号的放大，称为参量放大。OPA特点是可调谐，信噪比高。）

七、光学参量振荡器（OPO）

由于单次通过的光参量放大倍数较小，为提高能量转换效率，可把参量放大器置于谐振腔内。使频率为（和）的光在腔内振荡增强，当频率为的泵浦光的能量超过某一阀值时，非线性相互作用的增益克服腔内损耗，即可产生稳定的频率为（和）的光振荡输出，这一过程称为参量振荡，这种装置称为光学参量振荡器。（利用参量放大实现激光振荡输出，称为参量振荡。OPO特点是连续可调谐，光束质量高。）

线性电光效应: 作用于介质的是光电场和直流场或低频场。

八、非线性极化强度

九、有效折射率：

一堆，见石顺祥版教材P115

十、介电常数：可以将介电常数按E的幂次方展开，然后由D=ε·E+PNL对应E的同次幂系数得到2,0()eff2，取极化强度高次幂就可以得到非线性光电效应，如克尔效应。

十一、Pockel盒

利用Pockel效应制成的电光效应元件,由透明晶体在选定的加压方向设置电极而成。有时为防潮、防尘将调制晶体密封在有石英或光学玻璃窗的盒内,故有此称。

四.三阶非线性过程-参量过程

非参量过程：与相位匹配无关，进行中有关相位总是自行匹配，Δk恒等于零。非线性介质在于光相互作用后的终态和初态不同，与极化率的虚部相关。

参量过程：与相位匹配相关，需要采取措施才能实现相位匹配。相互作用后介质仍回到初态，不考虑损耗时只与极化率实部相关。耦合波方程和极化强度（矢量表述）：

引入有效极化率，化为标量表述：

光Kerr效应χ(3)(ω;ω,ω,-ω): 克尔效应：外加电场导致折射率改变。折射率该变量正比于电场的平方，也称为非线性电光效应。线偏振光经过外加电场的介质变成椭圆偏振光。

光克尔效应：光电场直接引起的折射率变化（即非线性折射率）的效应，其折射率变化大小与光电场的平方成正比，即。这种效应属于三阶非线性光效应，被称为光学克尔效应，或简称为克尔效应。具有克尔效应的介质称为克尔介质。

3;',',EE'P360eff2

一、非线性折射率

二、自作用和互作用克尔效应

自作用光克尔效应：利用频率为的信号光自身的光强引起介质折射率变化，同时用同一束信号光直接探测在该频率下的非线性极化率实部或非线性折射率的大小。

互作用光克尔效应：演示这种光克尔效应，需要两种光：泵浦光——引起折射率变化的强光；信号光——探测介质折射率变化大小的弱光。也就是用频率不同（）或偏振方向不同的强泵浦光引起介质折射率变化，同时用频率为的弱信号光探测介质非线性极化率实部或非线性折射率的大小。

极化强度分别如下：

三、自聚焦

当外加光电场的频率与入射光电场的频率相同时，即本身也能产生自作用效应，使得介质折射率会叠加上与光强相关的非线性折射率，即光的自聚焦效应。（同自作用克尔效应）稳态自聚焦：介质的响应时间远小于入射激光的脉冲宽度，可作稳态处理。动态自聚焦：入射激光是短脉冲时，必须考虑光束参量随时间的变化。

3;,,，折射率对应其实部。极化率：

近轴近似：径向坐标远小于光束半径

四、Z-Scan 不仅可用单光束测量，而且可以用同一装置测出非线性极化率的实部和虚部，即非线性吸收系数和非线性折射率。

① 焦点前后光强的剧烈变化体现了非线性过程的变化，反映在远场的通过率上

② 小孔时测量非线性折射率系数，判断自聚焦和自散焦。（先不加样品侧得PI，加上样品测得PT，计算出归一化透射率T(z)=PT/PI。然后让样品研光束传播方向在焦点前后连续移动，可测得归一化透射率T(z)随z变化的曲线，从而确定样品非线性折射率的大小和性质。）

开孔是测量非线性吸收，判断饱和吸收还是反饱和吸收。

三倍频：χχ(3)(3ω;ω,ω,ω)：(3)(3ω;ω,ω,ω):

非线性系数小，相位匹配困难，效率低，通常采用“倍频+和频”两步得到三倍频。在金属气体中利用共振增强使增大。

四波混频：χ(3)(ω4;ω1,ω2,ω3):

五、简并四波混频

四个波频率相等称为简并四波混频。如果共线退化为光kerr效应。一般实验取反向参量放大式：，三个同频率的基频光在三阶极化率的作用下产生同频的光

六、相位匹配方式，包括其他差频方式

七、相位共轭概念

1)沿z方向传播，频率为的光波电场一般可表为如下复数加其复数共轭的形式，即，如果该光波入射一个系统，其输出光电场的复振幅电场复振幅的复共轭

是原光，，则称输出光波是输入光波的相位共轭波。其光电场表示为

八、原理和产生方法

原理：上式中k取+号，原光波的前向相位共轭波，传播方向相同，振幅为复共轭，波阵面用的空间分布与原光波成镜像对称。k取-号，原光波的后向相位共轭波，传播方向相反，振幅为复共轭，波阵面用的空间分布与原光波相同，为原光波的时间反演波。产生方法：全息术，四波混频，SBS（受激布里渊散射）

三阶非线性过程-非参量过程 受激Raman散射;

一、原理, 由介质内部原子、分子的振动或转动，也是一种非弹性散射，散射光频率与入射光频率不同，频移量较大，相应于振动能级差。散射光频率下移者（红移），称为斯托克斯散射光；散射光频率上移者（蓝移），称为反斯托克斯散射光。

二、特点, ① 高输出强度：可与泵浦光相当，转换效率60%以上，个别可以到100%。② 高方向性：空间发散角与入射光相当，可以近衍射极限。③ 高单色性：与入射光相当，甚至更窄。④ 脉冲宽度短：一般可以短于泵浦脉冲。

⑤ 明显的阀值性：以上特性在一定泵浦阀值以上才发生。⑥ 多级散射：经常可以看到多级的级联的散射。相位特性：与泵浦光有固定的相位关系。

三、相位匹配关系：，能量守恒：相位关系是：

v下标的是拉曼频率，即介质振动调制频率。

四、非线性极化强度

斯托克斯散射光s：

反斯托克斯散射光a：一级反斯托克斯可以认为是一级斯托克斯散射光和入射激光通过三阶非

3as;p,p,sEpEpEs*P3as30R线性极化强度，所以

实部反映相位调制，虚部反映强度变化。虚部小于零，g为增益因子，斯托克斯散射光按指数增长。

受激Brillouin散射;

五、原理, 在激光的电场作用下，通过电致伸缩效应，使介质发生周期性密度和介电常数的变化，而导致入射光与声波场间发生相干散射过程。

六、特点, 以反向散射为主。（其余同BRB）

七、相位匹配关系：下标b代表声子，p为入射光。，八、非线性极化强度

()

双光子吸收;

九、原理, 当频率为和的两束光波通过非线性介质时，如果

与介质的某个跃迁频率接近，就会发现两束光同时衰减，这是因为介质同时吸收两个光子所致，这种现象称为双光子吸收。

P36031,2,2,1E2E12

十、特点, 不同于一般的线性吸收，它依赖于另一光场的存在，是种非线性吸收。

十一、相位匹配关系

2112，k2k1k1k2

十二、非线性极化强度

五.其他非线性现象 光纤中的非线性效应:

一、单模与多模光纤

在 V<2.405时,在光纤中只能存在一个基模，称为单模光纤。

二、群速度色散（GVD）

1将传播常数β对某个频率ω展开，一阶系数是

d1dg，vg是群速度。二阶系数为3d2n22c2d2。也即群速度色散系数。GVD就是不同波长成分传播群速度不同。

三、自相位调制

一堆方程„„简言之就是非线性折射率作用后，光脉冲在光纤中的传播将保持原有脉冲形状不变，只是在相位上产生了与强度有关的相移。

四、光孤子

在具有反常色散特性的光纤中，SPM效应产生正的啁啾。由于20，GVD会产生负的啁啾，故对SPM效应起补偿作用，使得光脉冲在光纤中传播时会保持一个无啁啾的脉冲。因此产生了光孤子。

题目：

选择题：1/3, 多项选择=判断对错, 围绕基本概念,原理,性质等 问答题：1/3, 名词解释和回答问题, 围绕基本概念,原理,性质等 计算题: 1/3, 公式推导和简单计算等，最终计算式列出即可(Manley-Rowe关系和相位匹配角计算)考概念和理解, 不用背公式, 需要用到的公式都会给出.需要记忆的公式: 非线性极化率表达式；简并系数计算； 单轴晶体中o光和e光的折射率公式； 慢变包络近似, 准单色近似, 傍轴近似；

晶体是负单轴