非線形光学効果

光の強度が低い場合は、物質は光に対して線形な応答を示し、物質を透過した光の周波数は透過する前と同じものが得られます。
しかし、光の強度が強くなると、物質と光による相互作用が強まり、物質の誘電率に依存して変化します。
物質に光を入射したときに、物質内に誘起される分極Pは入射光電場Eを用いて

P=χ_1ε0 E＋χ_2ε0 E²＋χ_3ε0 E³＋・・・（ε0 ：真空中の誘電率　χ：電気感受率）

と表すことができます。
ここでχ₁　>>χ₂　>> χ₃>>…であるため、一般的な光については電場が弱く上式の２番目以降の項は小さく無視でき、
分極Pと電場Eは線形関係にあると考えることができます。

しかし、レーザ等の強い光を物質に入射した場合には、電場が強く、上式の２番目以降の項が無視できなくなります。
この結果、分極Pと電場Eの関は非線形となり、この分極の２番目の項以降に起因する現象を非線形光学効果と呼びます。

各種の非線形光学効果

物質に入射した光から入射した光の振動数の２倍
又はそれ以上の振動数の光が発生する現象です

２つの異なる周波数の光を物質に入射した場合に、
入射した２つの光の周波数の和の周波数の光が発生する現象です。

周波数の関係は、ω_１＋ω₂＝ω₃ となります

２つの異なる周波数の光を物質に入射した場合に、
入射した２つの光の周波数の差の周波数の光が発生する現象です。
周波数の関係は、ω₁－ω₂＝ω₃ となります。

物質に入射した光から異なる周波数の２つの光が発生する現象。
周波数の関係は、ω_p=ω_i+ω_s となります。

その他にも、非線形光学効果として多光子吸収や光カー効果等の現象が知られています。