线性光学 VS 非线性光学对比底层物理原理线性光学普通光照到物质上物质内部电子跟着光的电场做简单、均匀的摆动。 光越强电子摆动幅度就按比例同步变大光变弱摆动就同步变小输入和输出是简单正比关系。光束互相穿过的时候互不影响擦肩而过各自保持原样。光只会被偏转、变慢、反射光子本身不会消失也不会产生出新颜色的光。只要普通环境光、太阳光就可以观察到现象不需要极强的光。对材料内部原子排布没有特殊要求绝大多数物质都表现出线性光学。非线性光学只有极强的激光照射时才会显现。光的电场足够强电子不再做规整的往复摆动运动发生扭曲变形不再和光强成正比。强光下多束光之间可以互相作用能量可以在不同光束之间转移。在特定结构的材料无中心对称晶体中旧的光子可以消失能量重新组合诞生全新频率、全新颜色的光子。材料的透光、折射特性会跟随光的强弱发生改变。二阶非线性有硬性条件晶体原子排布不能高度对称整体效应必须依靠高光强来触发。核心行为差异频率与颜色线性入射什么颜色输出就是什么颜色永远不会产生新颜色。非线性可以生成原本不存在的新颜色红外变绿光、绿光变深紫外。光束之间的关系线性两束光交汇互相不干扰穿过之后一切照旧。非线性强光交汇会发生能量交换一束光把能量交给另一束光。光强带来的影响线性不管光强光弱材料折射、吸收特性固定不变。非线性光的强弱会直接改变材料对光的作用效果。微观过程线性光子只是改变传播路径、相位姿态光子本体始终保留。非线性可以发生光子湮灭、重组旧光子消失产生全新光子。中间层级典型物理现象线性光学现象反射、折射、衍射、散射、偏振改变、双折射、普通吸收、透镜聚焦成像。非线性光学现象二阶效应激光倍频、和频、差频、参量下转换生成纠缠光子三阶效应自聚焦、超连续白光产生、双光子吸收、光控光开关上层实际应用线性光学应用日常几乎所有光学设备全部建立在线性光学之上 眼镜镜片、相机镜头、望远镜、显微镜普通光路、反光镜、棱镜、偏振片、窗口保护玻璃、光束准直整形、普通照明成像。作用对已有的光做传播、转向、成像不改变光本身的颜色。非线性光学应用激光波长变换1064 红外→532 绿光→266 深紫外半导体晶圆检测、科研紫外光源BBO/LBO 晶体倍频多光子显微生物医学成像用红外激光激发得到生物组织图像对活体损伤小量子光学参量下转换产生纠缠光子量子通信、量子计算超快激光超连续谱光源光谱分析、光学相干断层扫描光信号处理全光开关光通信中一束光控制另外一束光对比表格表格对比维度线性光学非线性光学电子运动状态电子规整摆动响应和光强成正比强光下电子运动扭曲不再正比于光强激发条件普通光即可太阳光、灯光需要激光极高光强弱光下观察不到材料要求几乎所有物质均可二阶效应要求晶体原子非对称排布三阶无特殊结构要求颜色 / 频率不会产生新颜色入射输出颜色一致可以生成全新频率、全新颜色的光光束相互作用光束交叉互不干扰强光之间可以交换能量互相影响光子变化光子只改变传播状态本体不变可发生旧光子湮灭重组生成新光子代表现象反射、折射、衍射、成像倍频、和频、双光子吸收、自聚焦典型设备镜头、棱镜、反射镜非线性倍频晶体、多光子显微镜、量子光源简短哲学总博客结尾段落线性光学代表我们熟悉的现实常态事物只会改变形态、位置、姿态但本体不会消亡也不会诞生全新的存在。 非线性光学代表宇宙的另一套隐藏规则只有在足够强的外部条件加上特殊内在结构旧的个体才会湮灭经过能量重组实现突破诞生全新的事物。