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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