1、什么叫非线性光学，它与线性光学有何异同？
非线性光学是研究强光（激光）与物质相互作用过程**现的各种新现象和新效应。
我们考察的是光与物质相互作用的过程，光进入物质中与物质相互作用，这就是上图中的极化响应过程，使得介质极化，之后光从物质中辐射出来，对应上图的辐射过程。
普通光入射介质，对应极化强度与入射光场的关系。
其中，ε0为真空介电常数，χ为线性极化率。
强激光入射介质（远离介质共振区），可以采用下面的级数形式表示。
其中， (1)为线性极化率， (2) 和 (3)是二阶，三阶非线性极化率。对于各向异性介质 ， n)为（n+1）阶张量，张量元一般为复数，实部对应介质的折射率，虚部对应介质的吸收。
由非线性光学理论可以证明。
原子内的平均电场强度的大小（～10-11 v/m）
在强光作用下，e~e原子或e>>e原子，产生非线性效应，要满足这一条件就要求较高的光强，所以非线性光学在激光诞生后才得到快速的发展。
此外，线性光学与非线性光学的区别：
两者相同之处：
两者均满足maxwell 方程组。
其中，电位移矢量e（ω）
磁感应强度h（ω）
电流密度e（ω）
电感应极化强度 （ω0·χm·e（ω）
均为二阶张量。
2、 试述多波耦合方程的推导及其物理意义。
麦克斯韦方程物质方程。
对（1）式两边取旋度：
将（6）式代入（8）式得到：
将(2)式代入(9)式，并且考虑到可得到：
将(5)式代入(10)式：
11)式改写为：
将（13）式代入（12）式中，并应用
则（12）式变为：
14）电磁波在非线性介质内的波动方程。例：
为复共轭量，i，j，k为直角坐标系。
对ω1=ω3—ω2
对（14）式取第i个分量。
对上式进行微分运算时，考虑到复振幅随z的变化足够小，即。
将（19）式代入（14）式可得关于的波动方程：
将上式中用（16）式代替，又知道，得到：
对上式两边除以，（22）同理得到：
物理意义：1）ω1ω2ω3通过非线性相关系数彼此耦合并可能发生能量转移。
2）每个方程给出了一个频率的场振幅随距离的变化速率，它是另外两光场振幅与位相差的函数。
3）如ω3的功率够小（即转换效率低）以致两输入场的振幅为常数。
则三个方程并为一个，且易解。
4）若，则是线性光学范畴。
3、如何获得最佳倍频输出，倍频光与基频光特征有何变化？
当i=j ωi=ωj=ω时。
代入三波耦合方程。
过程中要求能量与动量守恒。
k+k3）
即当晶体中倍频光的折射率等于基频光的折射率时，满足相位匹配条件，所以在具有双折射特性的各向异性晶体中，对于频率不同的两束光，有可能找到某种传播方向，它们的两个垂直的偏振方向的折射率相同，即。
要做到相位匹配，需要对角度调谐或温度调谐以满足二式其一，以负单轴晶体为例，相位匹配条件为。
为对正单轴，相位匹配条件为。
1）基频光波和倍频光波的折射率相等。
2）倍频光强与基频光强的平方成正比，这说明一个倍频光子是由两个基频光子湮灭后产生的，符合能量守恒定律。
3）倍频效率正比于基频光的功率密度，可以通过聚焦基频光的方法来提高倍频效率。
4、试用折射率椭球图示倍频效应的位相匹配条件。
以负单轴晶体为例：
实线为频率为ω的基频光的o光折射球和e光折射椭球。
虚线为频率为2ω的倍频光的o光折射球和e光折射椭球。
正单轴晶体：
实线为频率为ω的基频光的o光折射球和e光折射椭球。
虚线为频率为2ω的倍频光的o光折射球和e光折射椭球。
5、试设计一个可调谐参量振荡器。
双共振参量振荡器：
三光是共线的，非线性晶体置于由两球面反射镜组成的光腔中。两球面反射镜1和2的反射率对信号光、闲频光和泵浦光分别是。
用于角度调谐的参量振荡器的单振荡谐振腔装置图。
分束器透射90%的泵浦光束，反射99%的信号光束。当在谐振腔内用棱镜扩束器来增加光栅上的光束斑点尺寸时，还可以使线宽再变窄一个数量级，另一个做法是，把一个1mm的倾斜标准具插进谐振腔内，使线宽减小到0.1cm-1，也可以在谐振腔内使用其他频率选择元件，比如段元双折射滤光片和标准具组件，来减少输出线宽。
6、三次极化产生的非线性效应有哪几种？如何用动量与能量守恒条件解释？
三次极化非线性效应有三次谐波、四波混频、相位共轭、光场感应双折射、自聚焦、双光子吸收和受激散射（拉曼、布里渊）效应等。
四波混频（fwm）
四个不同频率的波失在介质中混频。在四波混频过程中光子的能量与动量守恒。
在四个波的频率相等的情况下，四波混频称为简并四波混频（dfwm）
下面是三种混频效应示意图：
图（3），是光学共轭的原理图。
受激拉曼散射（srs）
图(a)表示分子原来处在基态v=0上，一个频率为ωp的入射光子被分子吸收，同时发射一个频率为ωs= ωp – v 的斯托克斯光子，而分子被激发到v=1的振动能级上；图(b)表示分子原来处在v=1的激发态上，散射的反斯托克斯光的频率为ωas = p + v。
对于普通的拉曼散射光来说，它们都是非相干辐射。当用强激光照射某些介质时，在一定的条件下，散射光具有受激的性质，是相干辐射，这就是所谓的受激拉曼散射。
受激布里渊散射。
7、 光散射现象有几种？其物理机理有何不同？
一）普通光散射现象。
光与各种物质相互作用都将引起散射，其本质是介质感应电极化特性的空间起伏或时间起伏引起的光散射现象。
分类：1、非纯净介质中的光散射。
2、纯净介质中的光散射。
瑞利散射，由介质中分子原子引起。
拉曼散射，发生在由分子组成的介质中，分子内部因电偶极矩随时间的周期性调制引起的散射。
3、布里渊散射。
由介质中粒子热运动引起的连续弹性力学振动导致。
二）受激拉曼散射效应。
受激拉曼散射是强激光的光电场与原子中的电子激发、分子中的振动或与晶体中的晶格相耦合产生的，具有很强的受激特性，入射光会改变介质的光学性质。
分子振动跃迁受激拉曼散射。
分子纯转动跃迁引起。
原子的能级跃迁。
半导体的自旋反转。
三）受激布里渊散射。
起源于激光光场与分子或固体中的声波场的相互作用，也就是光子与声子的相互作用。与自发布里渊散射不同，受激布里渊散射的产生过程是：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，感生声波场，而导致入射光由声波场间发生相干散射过程。
8、产生自聚焦的条件是什么？它对物质和光波本身产生了什么影响？
假定频率为ω的光电场作用于介质的同时， 还有另一束任意频率为ω′的光电场作用于该介质， 则由于ω′光电场的作用， 会使介质对ω光波的作用有所改变。 通过三阶非线性极化效应， 将产生与频率为ω′光电场平方有关的三阶非线性极化强度的复振幅p(3) (为。
如图所示是光克尔效应开关。这种开关的速度取决于样品对激光场的响应时间，一般很短，可达ps。
上述的光克尔效应中，光波的频率ω与产生效应的光波频率ω’不相同，实际上，一束强的光波本身就能起到产生该效应的光波作用。
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