検索この記事は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。optics)とは、非常に強い光と物質が相互作用する場合に起きる、非線形の(つまり、光の電磁場に比例しない)物質の多彩な応答(現象)を扱う分野。レーザーの出現によって発展した分野であるが、レーザー自体の中でも非線形光学効果は本質的な役割を果たし、その特性をも支配する。量子光学と深く関連している。屈折率や吸収率など光学材料の光学定数は、光が弱いときは定数とみなせる。光が強くなる(非線形性を考える必要がある)と光強度の依存して変化するようになる。このように、光の物質の相互作用の非線形性に由来する現象を非線形光学現象という。中でも最も早く観測された基本的な過程であり、中でも2倍(第二高調波発生:SHG)、および3倍(第三高調波発生:THG)の周波数の光を放出する過程は重要。光混合は光高調波発生の一般化と取り扱えるが、周波数が異なる二つの光が入射するという点で区別される。持つ一つの光子が生まれる)。差周波発生の過程は光パラメトリック増幅とも関連付けられる。これらの現象の発見により、様々な周波数に光を変換できるようになった。これらを考えるときに、Manley-Roweの関係式が用いられる。放出される2つの光の周波数の和が入射光の周波数に等しい現象。周波数変換という観点において、光混合と共に語られることもある。光子を同時に吸収または放出して、光子のエネルギーの和または差に相当する固有状態に遷移する現象。一般にn光子遷移は、nが奇数の場合は遷移の初期および終了状態の間に偶・奇、nが偶数なら偶・偶あるいは奇・奇のパリティ則がある。n=2の最も簡単な場合、2つの光子を同時に吸収する2光子吸収と、1つの光子を吸収して1つの光子を放出するラマン散乱がある。光強度に依存しない媒質の屈折率が、入射光強度が強いために媒質中に屈折率分布を作る現象。屈折率を複素数に拡張して議論することで、2光子吸収も非線形屈折率変化として扱える。ビームが媒質中で一点に収束したり(自己収束)、周波数が変調を受けたり(自己位相変調)、透過光の強度が入射光強度の履歴に依存したり(光双安定性)と、現象は多彩。電気光学効果と呼ばれ、二次および三次の非線形光学効果としてポッケルス効果、カー効果が知られる。可動部品の不要な焦点可変レンズなどに利用される。補償光学の実現法として研究されている。非線形光学効果はどんな物質にも現れるために、通常の気体、液体、固体はもとより、プラズマ、生体、粒子ビームなども対象となる。非線形光学では現象そのものが研究対象になるだけでなく、光の発生、制御、測定などの光エレクトロニクス、非線形光学効果を通じて物性を探る非線形分光学、さらにはそれらの知識や技術を利用したレーザー工学など広い応用分野がある。黒田和男・ほか、朝倉書店、2014年。9784254210415。