本实验的目的是观察二阶非线性晶体的非线性效应和二次谐波的产生。二次谐波产生(也称为倍频或简称SHG)是一种非线性光学过程，其中具有相同频率的光子与非线性材料相互作用有效地“组合”，产生具有两倍能量的新光子，因此频率是初始光子的两倍，波长是初始光子的一半。
由于原子的非线性极化，晶体可以发出不同频率的光而不是被吸收。为了观察原子极化的二阶效应，即入射光的频率加倍，入射光必须是强而相干的光源，就像激光一样。磷酸二氢钾(KDP)、尿素等是具有非线性极化特性的晶体。当光照射到晶体上时，会激发原子偶极子。在经典光学中，假定原子的这种偏振与入射光的电场大小成线性关系。在现实中，这种极化是一种非线性现象，但非线性成分只有在高强度时才明显。
“光束直径”定义为“光束辐照度(E)等于(1 / E²= 0.135)的光束中心的距离”。光束的“光斑大小”(ω)是“从最大辐照度中心点到1 / e²点的径向距离(半径)”。这些定义提供了激光光束尺寸的标准测量方法。
“光束直径”定义为“光束辐照度(E)等于(1 / E²= 0.135)的光束中心的距离”。光束的“光斑大小”(ω)是“从最大辐照度中心点到1 / e²点的径向距离(半径)”。这些定义提供了激光光束尺寸的标准测量方法。
图实验设置
为了使二次谐波光在晶体的输出光束中可见，原子偶极子必须是建设性的辐射。这意味着二次谐波光输出必须与入射激光相一致。在二次谐波产生时，ω处的相位需要与2ω处的相位相匹配。这是至关重要的，这样它们就不会破坏性地干扰。外加电场足够强，产生二阶辐射，但一阶辐射不占主导地位。因此，它可以被认为是两个频率的信号的叠加，这两个频率应该相加而不是抵消。
在这个实验中，用红外激光探测一个非中心对称晶体产生可见光。实验表明，在尿素和实验室培养的KDP晶体中可以实现倍频。使用高功率红外激光器，我们可以看到晶体的频率翻倍。利用标准技术计算每个晶体的发射效率。
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