9_光学参量过程.

光学镜头参数详解
摘要：
I.光学镜头概述
- 定义与作用
II.光学镜头的主要参数
- 焦距
- 相对孔径与光圈数
- 视场角与像面尺寸
- 分辨率
- 景深
- 工作距离
- 相机接口
III.光学镜头的选择与应用
- 选择光学镜头的考虑因素
- 光学镜头的应用领域
IV.结论
正文：
I.光学镜头概述
光学镜头是一种用于将光线聚焦在一点上的光学器件，通常由多个透镜组成。

它广泛应用于各种光学设备和仪器中，如照相机、望远镜、显微镜等。

光学镜头的主要作用是将来自物体的光线聚焦在成像传感器或眼睛上，从而产生
清晰的图像。

II.光学镜头的主要参数
1.焦距
焦距是指从光学镜头的中心点到焦点的距离。

它决定了像与实际物体之间的比例。

镜头焦距越长，成像越大。

2.相对孔径与光圈数（f）
相对孔径是指镜头的有效孔径与焦距的比值，主要影响像面的照度。

光学参量振荡波长调谐
光学参量振荡是一种非线性光学过程，它涉及到光的参量过程和振荡。

在光学参量振荡中，两束泵浦光束通过非线性材料相互作用，产生两束新的光束，即信号光和辅助光。

信号光和辅助光的频率和波矢之间存在特定的相位匹配条件。

波长调谐是指通过改变泵浦光束的频率或非线性材料的温度或其他参数，来调节信号光和辅助光的波长。

通常情况下，波长调谐可以通过改变非线性材料的相位匹配条件来实现。

当泵浦光束的频率或非线性材料的参数发生变化时，相位匹配条件也会发生改变，从而导致信号光和辅助光的波长发生调谐。

波长调谐在光学参量振荡中具有重要的应用。

通过调谐信号光的波长，可以实现光在不同频率范围内的相互作用，从而实现光的频率转换、光谱分析、光通信等应用。

波长调谐还可以根据特定的应用需求，选择合适的波长范围和调谐范围，以满足不同领域的应用需求。

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热力学基础习题练习一、选择题1。

对于物体的热力学过程， 下列说法中正确的是[ ］ （A ） 内能的改变只决定于初、末两个状态， 与所经历的过程无关 （B ） 摩尔热容量的大小与所经历的过程无关（C) 在物体内, 若单位体积内所含热量越多， 则其温度越高（D) 以上说法都不对 2。

. 在下面节约与开拓能源的几个设想中, 理论上可行的是[ ] （A ） 在现有循环热机中进行技术改进， 使热机的循环效率达100％ （B ） 利用海面与海面下的海水温差进行热机循环做功 (C) 从一个热源吸热， 不断作等温膨胀， 对外做功 （D) 从一个热源吸热, 不断作绝热膨胀, 对外做功3. 一定质量的理想气体经历了下列哪一个变化过程后， 它的内能是增大的? ［ ］ （A) 等温压缩 (B ） 等体降压（C) 等压压缩 (D ） 等压膨胀4。

非线性光学试题1、简要说明线性光学与非线性光学的不同之处。

线性光学：光的独立传播定理；光的传播方向、空间分布在传播过程中可以发生变化，但光频率不发生变化；介质的主要光学参数只是入射光频率与偏振方向的函数，与光的强度无关。

非线性光学：光的独立传播定理不成立；光在传播过程中频率可能发生变化；介质的折射率与入射光的强度有关2、证明具有反演对称中心的晶类，其偶数阶非线性极化率为零。

证明：设A 为某对称操作，对于二阶非线性极化率(2)χ有(2)(2)'ijk ia jb kc ijkA A A χχ=，类似地，对于n 阶非线性极化率()n χ有()(2)......'...n ijk l ia jb kc lf ijk l A A A A χχ= 对于极化率张量(2)χ，实施对称操作后应保持不变，即(2)(2)'ijk ijk χχ= 所以(2)3(2)(1)ijk ijkχχ=-； 同理()(1)()......(1)n n n ijk l ijk l χχ+=-，当n 为偶数时，()...n ijk l χ为零3、 KDP 晶体是负单轴晶体，考虑I 类位相匹配。

(1) 设光波矢均沿（θ，ϕ）方向，求出此时有效非线性系数eff d 的表达式注：已知KDP 晶体的非线性系数矩阵为141436000000000000000d d d ⎧⎫⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎩⎭（2）若要得到最佳倍频输出，问光波矢的方向（θ，ϕ）应取何值。

解：（1） 负单轴I 类：(2)eff jk i ijk j k d b d a a δ=-，其中，sin cos 0j a ϕϕ⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭，cos cos sin cos sin j b ϕθϕθθ-⎛⎫⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭所以，36362sin sin (cos )sin sin 2eff d d d θϕϕθϕ=-=-（2）222221/22222))arcsin[()]))((((eo o mooen n n n n n ωωωωωωθ-=- ，得到41o m θ=；将m θ代入上面的eff d 表达式，易得45o ϕ=因此，要得到最佳倍频输出，光波矢方向为(41,45)o o3 B 、考虑BBO 晶体中的II 型（o e e +→）相位匹配下的共线传播倍频过程2ωωω+→；（1）设光波矢均沿（θ，ϕ）方向，求出此时有效非线性系数eff d 的表达式。

光学参量过程和非参量过程光学参量过程和非参量过程是光学中常用的两种重要现象。

它们在光学领域的研究和应用中具有重要意义。

本文将对光学参量过程和非参量过程进行详细介绍和解析。

光学参量过程是指在光学系统中，通过光学非线性效应产生的参量波的过程。

光学参量过程的基本原理是利用非线性材料的光学特性，在光学场中产生参量波。

光学参量过程包括参量放大、参量振荡和参量混频等过程。

参量放大是光学参量过程的一种重要形式。

在参量放大过程中，通过控制驱动光的功率和频率，可以实现对参量波的放大。

参量放大器通常由非线性晶体和泵浦光源组成。

泵浦光源通过激发非线性晶体中的参量波，使其发生放大。

参量放大在激光器、通信系统和光学测量中有着广泛的应用。

参量振荡是光学参量过程的另一种重要形式。

在参量振荡过程中，通过非线性晶体和光学腔的耦合作用，可以产生参量波的连续振荡。

参量振荡器具有宽带调谐、高效率和低噪声等优点，广泛应用于光通信、光频谱分析和光学显微镜等领域。

参量混频是光学参量过程的另一种重要形式。

在参量混频过程中，两个不同频率的参量波在非线性晶体中发生相互作用，产生新的频率波。

参量混频可以实现对光的频率调制和波长转换。

它在光通信、光频谱分析和光学成像等领域具有重要应用。

与光学参量过程相对应的是非参量过程。

非参量过程是指光学系统中不涉及参量波的过程。

非参量过程的特点是不需要驱动光，只需通过光学系统中的线性元件即可实现。

非参量过程包括自发参量散射和自发参量混频等过程。

自发参量散射是非参量过程的一种重要形式。

在自发参量散射过程中，光在非线性晶体中发生散射，产生新的频率波。

自发参量散射具有宽带调谐、高转换效率和低噪声等优点，广泛应用于光通信和光学测量领域。

自发参量混频是非参量过程的另一种重要形式。

在自发参量混频过程中，光在非线性晶体中发生相互作用，产生新的频率波。

自发参量混频可以实现对光的频率转换和波长转换。

它在光通信、光频谱分析和光学成像等领域具有重要应用。

非线性光学非线性光学是现代光学的重要分支，研究强相干光与物质相互作用时出现的各种新现象的产生机制、过程规律及应用途径. 非线性光学的起源可以追溯到1906年的泡克尔斯效应和1929年克尔效应的发现，但是非线性光学成为今天这样一门重要科学，应该说是从激光发现以后才开始的.非线性光学的发展大体可划分为三个阶段：20世纪60年代初为第一阶段，这一阶段大量非线性光学效应被发现，如光学谐波、光学和频与差频、光学参量振荡与放大、多光子吸收、光学自聚焦以及受激光散射等都是这个时期发现的；第二阶段为60年代后期，这一阶段一方面还在继续发现一些新的非线性光学效应，另一方面则主要致力于对已发现的效应进行更深入的了解，以及发展非线性光学器件；第三阶段是70年代至今，这一阶段非线性光学日趋成熟，已有的研究成果被应用到各个技术领域和渗透到其他有关学科（如凝聚态物理、无线电物理、声学、有机化学和生物物理学）的研究中.非线性光学的研究在激光技术、光纤通信、信息和图像的处理与存储、光计算等方面有着重要的应用，具有重大的应用价值和深远的科学意义.一、 光场与介质相互作用的基本理论1．介质的非线性电极化理论很多典型的光学效应均可采用介质在光场作用下的电极化理论来解释.在入射光场作用下，组成介质的原子、分子或离子的运动状态和电荷分布都要发生一定形式的变化，形成电偶极子，从而引起光场感应的电偶极矩，进而辐射出新的光波.在此过程中，介质的电极化强度矢量P 是一个重要的物理量，它被定义为介质单位体积内感应电偶极矩的矢量和：V p P ii V ∆=∑→∆ lim 0 （1）式中i P是第i 个原子或分子的电偶极矩. 在弱光场的作用下电极化强度P 与入射光矢量E 成简单的线性关系，满足E P 10χε= （2）式中0ε称为真空介电常数，1χ是介质的线性电极化率. 根据这一假设，可以解释介质对入射光波的反射、折射、散射及色散等现象，并可得到单一频率的光入射到不同介质中，其频率不发生变化以及光的独立传播原理等为普通光学实验所证实的结论.然而在激光出现后不到一年时间（1961年），弗兰肯（P.A.Franken ）等人利用红宝石激光器输出694.3nm 的强激光束聚焦到石英晶片（也可用染料盒代替）上，在石英的输出光束中发现了另一束波长为347.2nm 的倍频光，这一现象是普通光学中的线性关系所不能解释的.为此，必须假设介质的电极化强度P 与入射光矢量E 成更一般的非线性关系，即)(3210 +++=E E E E E E P χχχε （3）式中1χ、2χ、3χ分别称为介质的一阶（线性）、二阶、三阶（非线性）极化率. 研究表明1χ、2χ、3χ…依次减弱，相邻电极化率的数量级之比近似为11E n n ≈-χχ （4） 其中0E 为原子内的平均电场强度的大小（其数量级约为1011V/m 左右）. 可见，在普通弱光入射情况下，0E E <<，二阶以上的电极化强度均可忽略，介质只表现出线性光学性质. 而用单色强激光入射，光场强度E 的数量级可与0E 相比或者接近，因此二阶或三阶电极化强度的贡献不可忽略，这就是许多非线性光学现象的物理根源.2．光与介质非线性作用的波动方程光与介质相互作用的问题在经典理论中可以通过麦克斯韦方程组推导出波动方程求解.对于非磁性绝缘透明光学介质而言，麦克斯韦方程组为tD H ∂∂=⨯∇ （5） tH E ∂∂-=⨯∇ 0μ （6） 0=∙∇B （7）0=∙∇D （8） 式（5）和（8）中的电位移矢量D 为P E D+=0ε，代入式（5）有 tP t E H ∂∂+∂∂=⨯∇ 0ε 两端对时间求导，有 22220tP t E t H ∂∂+∂∂=∂∂⨯∇ ε （9） 对式（6）两端求旋度，有 tH E ∂∂⨯∇-=⨯∇⨯∇ 0)(μ 将矢量公式E E E E 2)()()(-∇=∇∙∇-∙∇∇=⨯∇⨯∇ 代入式（9）有22022002tP t E E ∂∂+∂∂=∇ μεμ （10） 上式表明：当介质的电极化强度P 随时间变化且022≠∂∂tP 时，介质就像一个辐射源，向外辐射新的光波，新光波的光矢量E由方程（10）决定. 3．非线性光学的量子理论解释采用量子力学的基本概念去解释各种非线性光学现象，既能充分反映强激光场的相干波动特性，同时又能反映光场具有能量、动量作用的粒子特点，从而可对许多非线性光学效应的物理实质给出简明的图像描述.该理论将作用光场与组成介质的粒子（原子、分子）看成一个统一的量子力学体系而加以量子化描述，认为粒子体系在其不同本征能级间跃变的同时，必然伴随着作用光场光子在不同量子状态分布的变化，这些变化除了光子的吸收或发射，更多的涉及到两个或两个以上光子状态的改变（如多光子吸收与发射、光散射等），此时对整个物理过程的描述必须引入所谓中间状态．．．．的概念. 在这种中间状态内，光场的光子数目发生了变化，粒子离开原来所处的本征能级而进入激发状态；但此时粒子并不是确定地处于某一个本征能级上，而是以一定的几率分别处于它所可能的其他能级之上（初始能级除外）. 为了直观地表示这一状态，人们又引入了虚能级．．．的图解表示方法. 在用虚能级表示的这种中间状态中，由于介质粒子的能级去向完全不确定，则按照著名的不确定关系原理，粒子在中间状态（虚能级）上停留的时间将趋于无穷短.利用中间状态的概念和虚能级的表示方法，可以给出大部分有关非线性光学效应的物理图像.二、 非线性光学效应1．光学变频效应光学变频效应包括由介质的二阶非线性电极化所引起的光学倍频、光学和频与差频效应以及光学参量放大与振荡效应，还包括由介质的三阶非线性电极化所引起的四波混频效应.需要注意的是，二阶非线性效应只能发生于不具有对称中心的各向异性的介质，而三阶非线性效应则没有该限制.这是因为对于具有对称中心结构的介质，当入射光场E相对于对称中心反向时，介质的电极化强度P 也应相应地反向，这时两者之间只可能成奇函数关系，即)(553310 +++=E E E P χχχε，二阶非线性项不存在.1.1 光学倍频效应光的倍频效应又称二次谐波，是指由于光与非线性介质（一般是晶体）相互作用，使频率为ω的基频光转变为ω2的倍频光的现象。