非线性光学是光学领域中的一个重要分支，它研究的是光与物质相互作用时出现的非线性现象。非线性光学产生的条件主要包括非线性光学材料、激发条件、相互作用机制以及现象与应用等方面。
非线性光学材料是产生非线性现象的基本条件。这些材料必须具有能够响应光场的极化性质，并且能够产生与入射光强度不成线性关系的折射、反射、吸收和色散等光学现象。
1.1 晶体结构
非线性光学材料通常需要具有特殊的晶体结构，这些结构能够提供产生非线性效应所需的极化性质。例如，某些晶体中的离子或分子能够在外加电场作用下发生极化，从而产生与入射光强度不成线性关系的折射或反射。
1.2 极化率
极化率是非线性光学材料的重要参数之一。它表示材料在受到光场作用下的极化程度，对于非线性光学效应的产生至关重要。某些材料具有二阶或三阶极化率，这些极化率对于非线性光学效应的产生起着关键作用。
1.3 响应时间
非线性光学材料的响应时间也是影响非线性效应的重要因素。响应时间越短，材料对于光场的响应就越快，从而能够更好地捕捉到非线性现象。
要产生非线性光学效应，需要给非线性光学材料提供足够的激发能量。这种激发能量可以是激光或其他光源提供的。
2.1 激光激发
激光具有高亮度、单色性和相干性等优点，因此是常用的激发光源之一。在非线性光学研究中，通常使用脉冲激光器，其产生的脉冲宽度可以做到非常窄，从而能够更好地捕捉到非线性现象。
2.2 宽谱激发
除了激光激发外，还可以使用宽谱光源进行激发。宽谱光源可以提供更广泛的波长范围，因此可以研究不同波长下的非线性现象。但是，使用宽谱光源需要解决的光谱分辨率和光强控制等问题。
光与物质相互作用时，会产生一系列非线性现象，如非线性折射、非线性反射、二次谐波等。这些现象的产生机制主要包括以下方面：
3.1 非线性折射与反射
当光束通过非线性光学材料时，会发生折射和反射等现象。在非线性条件下，折射率和反射系数等参数会随着入射光强度的变化而变化，从而导致非线性折射和反射现象的产生。这些现象可以通过理论和实验进行研究和分析。
3.2 二阶与三阶极化率
在非线性光学中，材料的二阶和三阶极化率对于非线性折射和反射等现象的产生起着重要作用。二阶极化率与二次谐波等二阶非线性现象有关，而三阶极化率则与三次谐波等三阶非线性现象有关。这些极化率的性质可以通过实验测量或理论计算来研究。
3.3 光栅作用与光学谐振
在某些情况下，非线性光学材料中的离子或分子会形成周期性排列的结构，这种结构被称为光栅。当光束通过光栅时，会发生衍射和散射等现象，从而产生与入射光强度不成线性关系的折射和反射等效应。某些非线性光学材料还具有光学谐振性质，即在外加电场作用下会形成共振态，这种共振态对于非线性光学效应的产生也有重要影响。
