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光波在非线性介质中的传播
1线性极化：是物质对强度较弱的光的线性响应，极化强度正比于电场的一次方：
2非线性极化：激光出现后，强光场足以展现物质对光场的非线性响应。极化强度展开为外光场的幂级数形式，即：
表征线性光学效应的参数与光场无关，如线性吸收系数 ，反射系数r，折射率n等。
为线性极化率
为线性极化率、二阶、三阶非线性极化率等，非线性光学参数( ,r,n)与光强有关。
当光场为频率 的谐波振荡时，极化强度P也具有 的振荡频率，但极化强度幅值随场强非线性变化，所以P不是谐波振荡。根据付里叶级数理论， 频率 的周期振荡，包含n 的各次谐波。所以，非线性极化能辐射高次极化谐波。
3、非线性极化引起光在介质中的频率转换
当频率为 1和 2的光在非线性介质中传播时，极化强度P不仅具有基频成分 1和 2，还具有混频成分: 2 1（倍频），2 2（倍频）， 1+ 2（和频), 1- 2（差频）.
(1)腔外倍频
在激光器谐振腔外对输出的激光束倍频。透镜聚焦激光束，倍频晶体放置在焦点处，以提高基频光功率密度（光强）, 提高倍频效率。然后，用另一透镜准直光束。再用一二色分束片或偏振棱镜把基频和倍频分开。
倍频器


2
4 倍频应用
(2) 腔内倍频运用
对连续输出激光器，由于谐振腔内的功率比输出的功率几乎高一个数量级，所以在腔内倍频的效率会比腔外高。
倍频器

2
倍频器

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在水中，纵波的衰减较小，因而声纳技术被广泛采用。而电磁波(横波)的衰减一般都很严重，以致在陆地上广为应用的无线电波和微波在水下几乎无法应用。而光波相对无线电波和微波而言，其衰减较小。
单色平行光束在水中传播的功率衰减也近似服从指数规律
1. 传播光束的衰减特性
是包括散射和吸收在内的衰减系数。不但与水质有关，而且与光波长有关。
L0=1/ 称为衰减长度，物理意义是：光功率衰减为原来的1/e时的光所通过的距离，单位为米（m）.
自来水衰减系数约等于蒸馏水吸收系数+微粒散射系数(见表2-6) ，但以蒸馏水吸收特性影响较大。
106
104
102
100
相
对
吸
收
0.1 0.3 0.5 0.7 1.0 3.0 5.0 10
紫外 可见 红外
波长( m)
蒸馏水的吸收特性
紫外和红外波段的光波在水中的衰减很大，在水下无法使用。蓝绿光的衰减最小，故常称该波段为“水下窗口”。
氩离子激光器输出的蓝(488.9nm)绿(514.5nm)激光就属于该水下窗口，广泛用于水下作业。
水质不同，其衰减特性差异很大。远海区海水清洁，衰减长度较长，近海岸区海水混浊，衰减长度大为减小。见图2-25.
由（2-136）得光脉冲的作用距离:
把式中的P0和P分别理解为光发射功率和探测器的最小可探测功率，则L就是光脉冲在水下所能传输的最远距离Lmax。
光脉冲的传输距离:
例：设P0=106W，P=10-14W，由表2-6,
=0.4900 m(蓝) ， =0.086m-1, 得Lmax=535m，
=0.6943 m(红)， =0.545m-1, 得Lmax=84m。
线偏振光沿一些晶体或非晶体传播时其振动面随着传播距离而转动.
1) 振动面的旋转角 与光在旋光介质中传播距离l 成正比： = l（ 称为旋光率,与光波长有关, 可正可负）
2) 存在左旋和右旋两类旋光介质, 与物质结构有关. ( >0时, >0 ,表示迎着光看,振动面的逆时针旋转,称为左旋)
磁光效应——非旋光介质的磁致旋光效应
（法拉弟效应）
磁光效应规律:
旋转角 与光在介质中传播
距离l和磁感强度B成正比:
= l =V B l
注:1)V为维尔得(Verdet)常数，它表示在单位磁感应强度下线偏振光通过单位长度磁光介质后偏振方向旋转的角度。单位为rad/m T,与温度、波长有关.
[P68表2-5对应的温度T=25oC, =589.3nm]
磁光效应——非旋光介质的磁致旋光效应
（法拉弟效应）
磁光效应规律:
旋转角 与光在介质中传播
距离l和磁感强度B成正比:
= l =V B l
注: 2)磁致旋光方向和磁场的方向有关。
磁场方向与光传播方向相同时, V>0, 为左旋；
磁场方向与光传播方向相反时，V<0, 为右旋。
若磁场由螺线管电流产生，则旋光方向总是和螺线绕向一致。
磁光效应与天然旋光效应的区别：
磁光效应旋转方向由磁场方向决定，而天然旋光效应旋转方向由介质性质决定。
磁场方向不变时，光往返两次通过介质, 磁光偏转角加倍（增强法拉第效应）,而天然旋光效应的往返总偏转角为零.

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