非線性光學(xué)(nonlinearoptics，NLO)是現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)新領(lǐng)域，是研究在強(qiáng)光作用下物質(zhì)的響應(yīng)與場(chǎng)強(qiáng)呈現(xiàn)的非線性關(guān)系的科學(xué)，這些光學(xué)效應(yīng)稱為非線性光學(xué)效應(yīng)。在眾多的非線性光學(xué)效應(yīng)中，倍頻效應(yīng)(又稱二階非線性光學(xué)效應(yīng))是引人注目也是研究得較多的非線性效應(yīng)。1961年Franken等人利用紅寶石激光器獲得的相干強(qiáng)光(λ=694.3nm)透過(guò)石英晶體時(shí)，產(chǎn)生了λ=347.2nm的二次諧波，其光波頻率恰好是基頻光頻率的兩倍，即所謂的倍頻效應(yīng);從而開(kāi)創(chuàng)了二階非線性光學(xué)及其材料的新領(lǐng)域。自發(fā)現(xiàn)倍頻效應(yīng)以來(lái)，非線性光學(xué)領(lǐng)域吸引了大批科技工作者，使這一學(xué)科得到了發(fā)展，在30多年后的今天，非線性光學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為以量子電動(dòng)力學(xué)、經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合光譜學(xué)、固體物理學(xué)、化學(xué)等多門(mén)學(xué)科的綜合性學(xué)科。
當(dāng)較弱的光電場(chǎng)作用于介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)的極化強(qiáng)度P與光電場(chǎng)E成線性關(guān)系
非線性光學(xué)的迅速發(fā)展源于非線性行為的物質(zhì)載體—非線性光學(xué)材料的應(yīng)用。非線性光學(xué)材料在光電通訊、光學(xué)信息處理和集成電路等方面有重要的應(yīng)用。利用諧波產(chǎn)生，參量振蕩與放大，光混頻等效應(yīng)制造的諸如混頻器、光開(kāi)關(guān)、光信息存儲(chǔ)器、光限制器等元件采用光子代替電子進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和加工，因?yàn)楣庾拥拈_(kāi)關(guān)速度可達(dá)到fs級(jí)，比電子過(guò)程快幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此在光頻下工作可大大增加信息處理的帶寬，如光盤(pán)的信息存儲(chǔ)容量就得到了大大的提高。
目前非線性光學(xué)的研究主要集中在兩個(gè)方面:一是開(kāi)拓新的理論，探究非線性光學(xué)效應(yīng)的機(jī)理，為設(shè)計(jì)制造出性質(zhì)優(yōu)良的非線性光學(xué)新材料提供理論依據(jù)。二是新型優(yōu)良的非線性光學(xué)材料的制備和應(yīng)用，在這一領(lǐng)域已經(jīng)有不少材料投入了實(shí)際應(yīng)用。但是波段紅移和非線性光學(xué)系數(shù)之間的矛盾，使得非線性光學(xué)材料的進(jìn)一步優(yōu)化遇到了大大的困難，這一問(wèn)題的解決，必然會(huì)大大推動(dòng)NLO材料的優(yōu)化制備與實(shí)際應(yīng)用，因而也成為非線性光學(xué)學(xué)科中迫切需要解決的焦點(diǎn)問(wèn)題。
2.非線性光學(xué)效應(yīng)的理論研究
隨著非線性光學(xué)材料的迅速發(fā)展，新的問(wèn)題和現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，這就要求不斷有新的理論來(lái)解釋這些現(xiàn)象，并為材料的設(shè)計(jì)和制備提供理論依據(jù)。對(duì)此，人們做了大量的工作，提出了若干理論模型，其中影響較大的有:非諧振子模型、鍵參數(shù)模型、雙能級(jí)模型、鍵電荷模型和電荷轉(zhuǎn)移模型等。我國(guó)科技工作者也提出了自己的理論，主要有:陰離子基團(tuán)理論、雙重基元結(jié)構(gòu)模型、二次極化率矢量模型和簇模型理論。
高分子非線性光學(xué)材料和金屬有機(jī)非線性光學(xué)材料就是針對(duì)有機(jī)NLO材料的熱穩(wěn)定性低、可加工性不好等不足應(yīng)運(yùn)而生的。高分子NLO材料在克服有機(jī)材料的加工性能不好和熱穩(wěn)定性低等方面是十分有效的，若在非線性效應(yīng)方面再得以優(yōu)化，將是一類(lèi)很有前景的新材料。金屬有機(jī)NLO材料的研究始于1986年，隨后陸續(xù)報(bào)道了有關(guān)工作，但遺憾的是有些非線性效應(yīng)很好的材料透光性不好。總的來(lái)說(shuō)其非線性效應(yīng)介于有機(jī)和無(wú)機(jī)非線性光學(xué)材料之間，這一將有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物的特性集于一身的設(shè)計(jì)思想對(duì)人們?cè)诟牧挤蔷€性光學(xué)材料的性質(zhì)方面是有很大啟發(fā)性的。
目前，多數(shù)的工作都集中在二階非線性光學(xué)材料上，三階非線性光學(xué)材料的研究工作相對(duì)少些。與二階非線性光學(xué)材料不同，三階非線性光學(xué)材料不受化合物結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的限制，而大的共軛體系是其關(guān)鍵因素，因而具有離域大π電子體系的共軛有機(jī)分子卟啉、酞青化合物成為三階有機(jī)非線性光學(xué)材料的研究熱點(diǎn)[6～9]，這是一類(lèi)有較強(qiáng)的三階有機(jī)非線性光學(xué)效應(yīng)的有機(jī)材料。關(guān)于其他非線性光學(xué)材料的研究近來(lái)也有報(bào)道，隨著對(duì)非線性光學(xué)材料研究的深入，不斷有新材料涌現(xiàn)出來(lái)，但是離實(shí)際應(yīng)用的要求還有一段距離。
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