第1章　绪论

1.1　引言

非线性光学是一门重要且前沿的学科，它集成了现代激光技术、生物光子学、光学传感和光谱学等一系列学科特点，未来的全光通信系统还可利用非线性光学过程来实现当前电子系统的全功能模拟，因而非线性光学在光通信应用领域中有着极高的研究价值。由于光通信系统中信息数据分配和共享的准确性直接依赖于波长所划分通信信道的精确度，因而光波长转换对于光通信系统中信息分配操作十分重要；同时，全光通信网络系统的普及和应用，不仅需要继承现存长距离可移动式光通信系统的优势，而且需要可实现激光波长和强度精密调谐的激光光源，以完成进一步的信息分配、信息交换及多路复用。毫无疑问，获取拥有更宽激光波长覆盖范围、更高功率的高光学品质激光光源有着积极的现实意义。

由于非线性光学元件可以提供较高的光波长转换效率及较宽的波长范围，因而在制备这些激光光源方面有着特别的优势。通用激光光源（固体激光器、半导体激光器和光纤激光器）经非线性元件进行频率转换，进一步扩充了这些激光系统的应用范围。例如，由非线性倍频（SHG）、和频（SFG）过程生成的高功率、高光学质量的可见激光不仅可以应用于激光光谱学、原子物理学，还可以应用于激光显影和激光传感等领域；利用非线性元件的调谐特性可以方便地对生成的激光光源做大范围波长调谐，同样是非线性光学参量振荡器（OPO）的显著优势之一。此外，频率非简并的光学参量振荡器还是获得双色甚至多色纠缠光场的优越非线性光学器件。非简并双色或多色纠缠光场可以用来实现量子通信网络中各个节点之间的连接，如位于通信波段1560nm和铷原子D2跃迁线780nm的双色纠缠光，前者可以用作长程量子通信信道，后者则适合映射到长寿命的原子寄存过程。这些都是量子中继器的关键器件，对于未来量子信息网络的构建和发展有积极的意义。

在上述研究背景下，本书基于非线性晶体的二阶非线性效应，依次研究了光通信C波段1560nm激光的非线性倍频、和频及光学参量振荡过程。围绕以上研究内容，本章主要介绍了相关内容的研究动态、目前已取得的研究成果、相关的基础物理概念及必要的理论基础。