不同含量氘中的磷酸二氘钾晶体晶体力学性能研究
YAG
电光调Q 脉冲YAG 激光器与倍频实验赵凯（201421140047）[摘要]本实验研究闪光灯泵浦的调Q 脉冲Nd 3+：YAG 激光器，了解其工作原理，掌握该激光器的装配和调试方法以及相应的激光参数测量，学习应用非线性光学晶体产生倍频光的基本原理。
本实验通过调Q ，极大地压缩激光脉冲的脉宽，得到高峰值功率的激光脉冲。
并总结激光输出能量与氙灯注入能量的关系，以及绝对效率和斜率效率随注入能量的变化规律，并总结倍频输出与倍频晶体角度的关系。
一、引言固体激光器是以固体材料作为工作物质的激光器，它具有输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑等优点，在工业激光材料加工、激光医学、激光化学、科学研究以及国防等方面有着重要的应用。
迄今，已实现激光振荡的固体激光工作物质有数百种之多，其中以掺钕钇铝石榴石（Nd 3+：YAG ）应用最多。
Nd 3+：YAG 是一种典型的四能级激光工作物质，由于它的热传导性好、激光阈值低和转换效率高，所以用它可以做成高重复频率的脉冲激光器和连续激光器。
如果在脉冲激光器内采用调Q 和放大技术，很容易获得时间宽度为10ns 量级而峰值功率达几百 MW 量级的TEM 00激光脉冲。
再通过P KD *等非线性光学晶体对波长为 1.06μm 的Nd 3+：YAG 激光基波进行二倍频、三倍频和四倍频，则可得到532nm 、 355nm 和266nm 四种波长的脉冲激光器。
此外，还可以用上述二倍频或三倍频光去泵浦染料激光器，获得从紫外到近红外的波长连续可调谐的脉冲激光。
这种以Nd 3+：YAG 激光器为基础的脉冲激光系统以其高峰值功率、高重复频率和宽范围波长调谐特性等优点在科学技术、医学、工业和军事上得到了广泛的应用。
二、实验原理1．Nd 3+：YAG 激光器的工作原理和结构掺钕钇铝石榴石晶体是以钇铝石榴石（简称 YAG ，其分子式为 1253O Al Y ）单晶为基质材料，掺入适量的三价稀土离子Nd 3+所构成。
磷酸二氢钾在光学方面的应用
磷酸二氢钾晶体作为非线性光学材料主要有如下用途：
1、MKP晶体是一种性能优良并且易于长大的非线性光学材料，又是一种性能较优良的电光晶体材料，并且也是惟一能用于激光核聚变等研究的高功率系统中的晶体；
2、用来制作声纳和民用压电换能器（一种水里用的探测器）；
3、用来制作电光调制器、偏转器和固态光阀显示器（就是显示器啦）；
4、对波长为1.064微米的激光实现二倍频、三倍频和四倍频，也可以对染料激光器实现二倍频，并通常用作一般晶体的相对倍频系数的标准参比；
5、用来制作高功率激光的倍频器和参量振荡器；
6、用来制作激光Q开关（巨脉冲发生器，是一种产生脉冲激光的技术，可以用于美容），并可与激光器组成Q开关激光器，用于产生巨脉冲激光；
7、还有一项在未来的能源领域极有作用的应用。
它是通过控制激光，来作用于ICF的。
ICF，中文名叫“惯性约束核聚变”，是一种可控的热核反应。
磷酸二氢钾(KH2PO4)大晶体应用于我国研制的巨型激光器“神光二号。
二阶非线性光学材料大多数是不具有中心对称性的晶体。
其中一类是氧化物晶体，典型的如磷酸二氢钾(KDP)、磷酸二氘钾(KD*P)、磷酸二氢铵(ADP)、碘酸锂、铌酸锂等。
这一类比较适宜于工作在可见光及近红外频段。
功能材料的分类及应用
功能材料的分类与应用吉林农业大学资源与环境学院摘要：随着时代的发展，各式各样的材料走进人们的生活中 ，功能材料也越来越多的应用到各行各业 .功能材 料已经是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。
本文从功能技术材料、功能 无机非金属材料、功能高分子材料、功能晶体材料、功能复合材料、具有特殊结构的功能材料等方面对功 能材料进行了分类和描述，概述了功能材料在航天领域、环保领域以及防伪领域上的应用。
关键词：功能材料；分类；应用功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。
它 涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、 海洋工程技术等现代高新技术及其产业。
功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和 支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。
1功能材料定义功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称，即指在电、磁、声、光、热等方面具有2功能材料的分类2.1功能金属材料[2]2.1.1电性材料包括导电材料：电阻材料，电阻敏感材料-应变电阻、热敏电阻、光敏电阻；电热材料； 热电材料，主要用作热电偶。
2.1.2磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能 ，按矫顽力大小分为硬磁、半硬磁、软磁材料3种，广泛应用于计算机、通讯、自动化、音响、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生 物与医疗等技术领域。
应用较多的有：金属软磁材料，金属永磁材料，磁致伸缩材料，铁氧 体磁性材料。
2.1.3超导材料具有零电阻特性、迈斯纳效应、磁通量子化和约瑟夫森效应。
常规超导体；高温超导体：镧锶铜氧化物(La - Sr - Cu - O )、钇 钡 铜 氧 化 物(YBa 2Cu 3O 7 - S 卜铋锶钙铜氧化物(Bi -Sr - Ca - Cu- O)、铊钡钙铜氧化物(TI - Ba - Ca - Cu - O)、汞钡钙铜氧化物(Hg - Ba - Ca - Cu - O)、无限层超导体、钕铈铜氧化物(Nd - Ce - Cu - O);其它类型超导材料：金属间化合物 (R -T - B - C)超导体，有机超导体和碱金属掺杂的C 60超导体，重费米子超导体。
非线性光学晶体
非线性光学材料
郭泓良 柴胤光 李源
非线性光学晶体是重要的光电信息功能材料之 一，是光电子技术特别是激光技术的重要物质 基础，其发展程度与激光技术的发展密切相关。
非线性光学晶体材料可以用来进行激光频率转换，扩 展激光的波长；用来调制激光的强度、相位；实现激 光信号的全息存储、消除波前畴变的自泵浦相位共轭 等等。所以，非线性光学晶体是高新技术和现代军事 技术中不可缺少的关键材料，各发达国家都将其放在 优先发展的位置，并作为一项重要战略措施列入各自 的高技术发展计划中，给予高度重视和支持。
非线性光学元件在调制开关与远程通讯、信息处理和 娱乐等三个领域表现出了加速发展的趋势。
主要的商业化非线性光学晶体有铌酸锂（LiNbO3）、 磷酸钛氧钾（KTP）、-偏硼酸钡(BBO)、三硼酸锂 （LBO）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氘钾（DKDP） 等，其中LiNbO3是市场最大的非线性光学晶体，光通
从最初的石英倍频晶体开始，不断涌现出铌酸锂
（LiNbO3—LN）、磷酸二氢钾(KH2PO4—KDP)、磷酸 二氘钾(KD2PO4—DKDP)、碘酸锂(LiIO3—LI)、磷酸氧 钛钾(KTiOPO4—KTP)、偏硼酸钡(-BaB2O4—BBO)、三 硼酸锂(LiB3O5—LBO)、铌酸钾（KNbO3—KN）、硼酸 铯(CSB3O5—CBO)、硼酸铯锂(LiCSB6O10—CLBO)、氟 硼酸钾铍（KBe2BO3F2—KBBF）以及硫银镓 （AgGaS2—AGS）、砷镉锗（CdGeAs—CGA）、磷锗 锌（ZnGeP2—ZGP）等非线性光学晶体，
首次体在全世界得到普遍的 应用，促进了激光技术的发展。
主导了周期、准周期极化人工微结构非线性光学晶体 材料的研究和实验验证，开拓了非线性光学晶体的新 领域。
光信息专业实验报告：光调制与光通信模拟系统实验 (2)
光信息专业实验报告：光调制与光通信模拟系统实验一、实验目的1. 学习电光调制、声光调制、磁光调制的机制及运用。
2. 了解光通信系统的结构。
二、光调制基本原理常用的光调制方式主要有电光调制、声光调制和磁光调制，分别是利用电光效应、声光效应和磁光效应来实现对光的调制的。
1. 电光调制器件工作原理光学介质的电光效应是指，当介质受到外电场作用时，其折射率将随外电场变化，介电系数和折射率都与方向有关，介质的光学特性由原来的各向同性变为各向异性。
目前已发现两种电光效应，一种是泡克耳斯（Pockels ）效应，即折射率的变化量与外电场强度的一次方成比例；另一种是克尔（Kerr ）效应，即折射率的变化量与外电场强度的二次方成比例。
利用泡克耳斯效应制成的调制器成为泡克耳斯盒，其中的光学介质为非中心对称的压电晶体。
利用克尔效应制成的调制器称为克尔盒，其中的光学介质为具有电光效应的液体有机化合物。
泡克耳斯盒有纵向调制器和横向调制器两种。
我们实验中使用的是电光晶体为DKDP （磷酸二氘钾）的纵向调制泡克耳斯盒。
不给泡克尔斯盒加电压时，盒中的介质是透明的，各向同性的非偏振光经过起偏器P 后变为振动方向平行于P 光轴的平面偏振光。
通过泡克耳斯盒时，其偏振方向不变，到达检偏器Q 时，因光的振动方向垂直于Q 光轴而被阻挡，所以Q 没有光输出；给泡克耳斯盒加电压时，由于电光效应，盒中介质将具有单轴晶体的光学特性，光轴与电场方向平行。
此时，通过泡克耳斯盒的平面偏振光的振动方向将被改变，从而产生了与Q 光轴方向平行的分量，即Q 有光输出。
Q 输出光的强弱与盒中介质的性质、几何尺寸、外加电压大小有关。
对于结构已确定的泡耳克斯盒来说，若外加电压是周期性变化的，则Q 的光输出也是周期性变化的，由此实现对光的调制。
图1 各个量的方位关系图图1表示的是几个偏振量之间的方位关系，光的传播方向平行于z 轴，M 和N 分别为起偏器P 和检偏器Q 的光轴方向，彼此垂直；α为M 与y 轴的夹角，β为N 与y 轴的夹角，2/πβα=+；外电场使克尔盒中电光介质产生的光轴方向平行于x 轴；o 光垂直于xz 平面，e 光在xz 平面内。
有机高分子材料在光电中的应用
1977年, 世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用, 速率 为45Mb/s。
－－低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命, 开创了光纤通信 的时代。
而这个领域也是光电功能有机高分子 材料应用最为成熟的领域。以液晶材料和 有机电致发光材料为基础的LCD 和OLED 将成为这个领域的主导者。
液晶材料
什么叫液晶？
液晶(liquid crystal) 是一种在一定温度范围内呈现 不同于固态、液态的特殊物质形态, 是一种介于 固
体与液体之间, 具有规则性分子排列的有机化合物。
液晶的历史。
1888奥地利植物学家莱尼兹尔发现。 1889德国物理学家Lehmann观察到了液晶现象，并
正式命名。 1922法国人菲利德尔将液晶分为三种基本类型也就
是现在人们所熟知的，向列型，近晶型及胆笫村 1963威廉姆斯发现向列液晶中的畴结构 1968美国的RCA公司发现了向列型液晶通电后动态
及探求具有更高非线性而且低吸收系数材料的努力。
未来的展望
NLO聚合物适合干什么？
通讯
二次谐波
光信号处理
调节器 多路驱动器 中继器
神经网络 空间光调制器件
未来的展望
NLO聚合物适合干什么？
三次谐波
数字式 （光计算）
全光过程
光双稳态 光开关
信号处理
并行
➢ 柯达公司采用的有机小分 ➢ 剑桥所采用的有机大分子
子结构材料。
结构。
➢ 采用的工艺流程是蒸镀的 ➢ 采用的工艺流程是甩胶的
方式。
方式。
非线性晶体
一水甲酸锂晶体, 苹果酸钾晶体,磺酸水杨酸二钠晶体 L精氨酸磷酸盐晶体, 氘化LAP晶体； (2) 酰胺类晶体—尿素晶体； (3) 苯基衍生物晶体； (4) 吡啶衍生物晶体； (5) 酮衍生物晶体； (6) 有机金属络(配)合物晶体； (7) 聚合物晶体。
1、 激光频率转换(变频)晶体 非线性光学频率转换晶咋主要用于激光倍频、和频、差
频、多次倍频、参量振荡和放大等方面，以拓宽激光辐射 波长的范围，开辟新的激光光源等。
(1)红外波段的频率转换晶体 现有的性能优良的频率转换晶体，大多适用于可见光、 近红外和紫外波段的范围．红外波段，尤其是波段在5μm 以上的频率转换晶体，至今能得到实际应用的较少。
下能实现相位匹配，化学稳定性好，它是迄今为止的激光损
伤阂值最高的非线性光学晶体材料，已实现了光参量振荡输 出，对1. 06μm的Nd：YAG激光的倍频转换效率高达60%。
2、 电光晶体 电光晶体主要用于激光的调制、偏转和Q开关等技术
应用方面。主要的有：磷酸二氘钾[K(DxH1-x)2PO4]、铌酸 锂(LiNbO3)，钽酸锂(LiTaO3)，氯化亚铜(CuCl)和钽铌酸 钾(KtaxNb1-xO3)等晶体。
光折变晶体的非线性光学系数非常高，已做成增益因子 高达4000的光学放大器。
有应用价值的光折变晶体主要有：钛酸钡(BaTiO3)、铌 酸钾(KNbO3)、铌酸锂(LiNbO3)、以及上述掺Fe离子的三种
(晶B体SO、)晶铌体酸、锶铌钡酸(S锶r1-钡xB钾axN钠b[2KON6)a系(S列r1-、xB硅ax)酸0.9铋Nb(2BOi162，SiKON20S)BN]
三元化合物晶体 AgGaS2 晶体， AgGaSe2晶体, Ag2AsS3 晶体, CdGeAs2 晶体, TlAsSe2晶体， HgCdTe2晶体
激光倍频晶体应用实验
激光倍频晶体应用实验倍频晶体，用于倍频效应的一类非线性光学晶体。
其基本条件是：⑴不具有中心对称性；⑵对基频波和倍频波的透明度高；⑶二次非线性电极化系数大，这是因为倍频转换效率与此系数的平方成正比；⑷有位相匹配能力，特别是非临界匹配能力。
位相匹配角度和温度容限要在；⑸光学均匀性好，损伤阈值高；⑹物化性能稳定；⑺生长工艺比较容易，能得到足够大的晶体，在位相匹配方向上达到可用长度。
常用的倍频晶体分类⒈磷酸二氢铵（ADP）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氘钾（DKDP）、砷酸二氘铯（DCDA）、砷酸二氢铯（CDA）等晶体。
它们是产生倍频效应和其它非线性光学效应的一类具有代表性的晶体，适用于近紫外可见光区和近红外区，其损伤阈值大。
⒉铌酸锂（LN）、铌酸钡钠、铌酸钾、α型碘酸锂等晶体。
它们的二次非线性电极化系数大，而且LN、BNN等晶体的折射率对温度敏感，并且与色散效应的温度变化特性不同，可适当调节温度实现非临界匹配，它们适用于可见光区和中红外区（0.4μ-5μ）。
LN在光照下易产生折射率变化，有光损伤现象；BNN的损伤阈值比LN高，但固熔区域较宽，组分易变动而导致光学均匀性变差，较难得到性能优良的大型晶体；铌酸钾不存在固熔区，有可能得到光学性质均匀的大型晶体；α型碘酸锂是水溶液生长晶体，能培养出光学质量好的大型晶体，且损伤阈值比BNN晶体高，缺点是不具有非临界匹配能力。
⒊砷化镓、砷化铟、硫化锌、碲化镉、碲、硒等半导体晶体。
它们的二次非线性电极化系数比前两类的晶体更大，适用于较宽的红外波段。
但除硒、碲外，多数晶体无双折射效应，不能实现位相匹配。
4.硼酸盐类,偏硼酸钡(β- BaB2O4) 、三硼酸锂(LiB3O5)等。
其中,偏硼酸钡和三硼酸锂晶体是我国于20 世纪80 年代首先研制成功的, 具有非线性光学系数大、激光损伤阈值高的突出优点, 是优秀的激光频率转换晶体材料,在国际上引起了很大的反响。
适用于紫外波长段，其中KBBF 等甚至适合与深紫外波长短。
不同原料DKDP晶体的生长和损伤阈值
维普资讯
第 ２ Ｏ卷 第 ５期 ２０ ０ ８年 ５月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｈ Ｐ０Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ Ｒ ＴＩ Ｉ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ０ ＮＯ ５ １２ ， ．
Ｍ ａ ２ ０ ｙ， ０ ８
用 寿命 ， 为制约惯 性约 束 聚变发 展和应 用 的瓶颈 。ＫＤ 成 Ｐ类 晶体 的损 伤研究正成 为 当前 的研 究 热点 ［ ］ ５。
本文采用 传统 降温 法 ， 用不 同原料 从氘 化程度 为 ８ 的溶 液 中生长 出 Ｄ Ｐ晶体并选 取 部分样 品进行 利 ５ ＫＤ 三倍 频光损 伤阈值 测试 。研究 了不 同原料 Ｄ Ｐ晶体 的生 长和 损伤 阈值 。 ＫＤ
文章 编 号 ： １ ０ － ３ ２ ２ ０ ） ５０ ５ — ５ ０ １ ４ ２ （ ０ ８ ０ － ７ ５ ０
不 同原 料 Ｄ ＫＤＰ晶 体 的 生 长 和 损 伤 阈 值
孙绍涛 ， 季来林 ， 王正平 刘 冰 ， 牟晓明 ， 孙 洵 ， 许心光 ， 史崇德。 ，
的地位ｎ ］ 。近些 年来 ， 随着激 光技 术 的发 展 ， Ｄ ＤＫ Ｐ晶体 的应 用 日益 广 泛 ， 别适 宜在 惯性 约 束 聚变 （Ｃ ） 特 ＩＦ 中
用 作 电光 开关和 频率 转换 器［ 。同样用 于钕 玻璃激 光 的三 倍频 ，Ｄ Ｐ与 ＫＤ （ ３ ］ ＫＤ Ｐ 磷酸 二 氘钾 ） 比 ， 能 有效 相 其 地减少受 激拉曼 散射 （ ＲＳ 带来 的光 损伤 。 目前 Ｉ Ｆ工程 对 ＫＤ Ｓ ） Ｃ Ｐ类 晶体材料 的要求 集 中体现 于两 个方 面 ： 转 换 效率和抗 光损 伤能力 。其 中 Ｄ Ｐ晶体 的三 倍频 光 损 伤 阈值 严 重 限制 了激 光输 出的 能量 密 度 和 晶体 使 ］ ＫＤ
DKDP
8-62 DKDP晶体防潮膜的筛选KDP作为用于激光聚变装置的激光调谐和调制的频率转换材料，在使用过程中会产生受激拉曼散射，产生寄生振荡。
磷酸二氘钾(KD2PO4，简称DKDP)晶体可抑制受激拉曼散射产生的寄生振荡损伤，对提高激光核聚变效率、扩展激光波段等都具有重要的实用价值。
因此，强激光装置中的三倍频KDP晶体必须氘代为DKDP晶体，而且氘代比例越高，晶体的光学性质越好，晶体将会更质软而脆弱，激光损伤阈值也降低。
另外，DKDP晶体的晶相转变点在120℃，当热处理温度>110℃~120℃时，氘代晶体完全破坏，因此不能对DKDP晶体及其膜层进行热退火。
相对KDP晶体，DKDP晶体的这些特殊性质给晶体的涂膜及其后处理过程带来了极大的困难。
因此不能对氘代晶体进行现行的溶胶-凝胶涂膜和膜层后热处理，必须寻找新的思路。
由于起始原料甲基三乙氧基硅烷(MTS)是含3个官能团的单体，水解制备的防潮膜需要较高温度加热才能交联，形成不溶物。
针对DKDP晶体晶相转变温度低等特性，采用有机合成法筛选防潮膜溶胶的配方。
在MTS水解过程中添加4个官能团的单体—正硅酸乙酯(TEOS)，提高MTS的聚合程度。
增加的官能团加快了聚合，同时也提高了交联度。
在只需少许或无需加热时即可处理成为不可溶性的物质。
较细致的研究了第四单体的添加配比及添加工艺，得到MRPM，MRY，MRPMS，MRYS等4个系列的17种溶胶配方。
在小尺寸熔石英、K9以及DKDP晶体上，采用浸渍-提拉法制备防潮膜，溶胶在元件表面浸润性良好，得到的膜层均匀。
选择85℃后处理、20℃后处理以及UV/O3后处理等3种方式对KDP膜层进行后处理。
膜层在相对湿度≥65%的环境中，放置一定时间后，膜层的透过率下降值普遍小于0.5%，表明膜层具有较好的防潮性能。
测试和分析实验片的光学性能，防潮膜峰值透过率高于95%，损伤阈值12~25 J/cm2(5 ns，1064 nm，1-on-1，光斑大小，Ø1.2 mm)。
功能材料的分类及应用
功能材料的分类与应用吉林农业大学资源与环境学院摘要：随着时代的发展,各式各样的材料走进人们的生活中,功能材料也越来越多的应用到各行各业.功能材料已经是新材料领域的核心,是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。
本文从功能技术材料、功能无机非金属材料、功能高分子材料、功能晶体材料、功能复合材料、具有特殊结构的功能材料等方面对功能材料进行了分类和描述，概述了功能材料在航天领域、环保领域以及防伪领域上的应用。
关键词：功能材料；分类；应用功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。
它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。
功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。
1功能材料定义功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称，即指在电、磁、声、光、热等方面具有特殊性质，或在其作用下表现出特殊功能的材料[1 ]。
2功能材料的分类2.1功能金属材料[2]2.1.1电性材料包括导电材料：电阻材料，电阻敏感材料-应变电阻、热敏电阻、光敏电阻；电热材料；热电材料，主要用作热电偶。
2.1.2磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能,按矫顽力大小分为硬磁、半硬磁、软磁材料3种，广泛应用于计算机、通讯、自动化、音响、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。
应用较多的有：金属软磁材料，金属永磁材料，磁致伸缩材料，铁氧体磁性材料。
2.1.3超导材料具有零电阻特性、迈斯纳效应、磁通量子化和约瑟夫森效应。
常规超导体；高温超导体：镧锶铜氧化物(La - Sr - Cu - O )、钇钡铜氧化物( YBa2Cu3O7 -δ) 、铋锶钙铜氧化物(Bi - Sr - Ca - Cu- O)、铊钡钙铜氧化物(Tl - Ba - Ca - Cu - O)、汞钡钙铜氧化物(Hg - Ba - Ca - Cu - O)、无限层超导体、钕铈铜氧化物(Nd - Ce - Cu - O) ；其它类型超导材料：金属间化合物(R - T - B - C)超导体，有机超导体和碱金属掺杂的C60超导体，重费米子超导体。
晶体学和晶体材料研究的进展
晶体学和晶体材料研究的进展作者：王皖燕博士中国科学院物理研究所随着计算机技术和激光技术的发展，人类已经走进了崭新的光电子时代；而实现这一巨大变化的物质基础不是别的，正是硅单晶和激光晶体。
可以断言，晶体材料的进一步发展，必将谱写出人类科技文明的新篇章。
一、人类对晶体的认识过程及有关晶体的概念1．人类对晶体的认识过程什么是晶体?从古至今，人类一直在孜孜不倦地探索着这个问题。
早在石器时代，人们便发现了各种外形规则的石头，并把它们做成工具，从而揭开了探求晶体本质的序幕。
之后，经过长期观察，人们发现晶体最显著的特点就是具有规则的外形。
1669年，意大利科学家斯丹诺(Nicolaus Steno)发现了晶面角守恒定律，指出在同一物质的晶体中，相应晶面之间的夹角是恒定不变的。
接着，法国科学家阿羽依(Rene Just Hauy)于1784年提出了著名的晶胞学说，使人类对晶体的认识迈出了一大步。
根据这一学说，晶胞是构成晶体的最小单位，晶体是由大量晶胞堆积而成的。
1885年，这一学说被该国科学家布喇菲(A．Bravais)发展成空间点阵学说，认为组成晶体的原子、分子或离子是按一定的规则排列的，这种排列形成一定形式的空间点阵结构。
1912年，德国科学家劳厄(Max van Lane)对晶体进行了X射线衍射实验，首次证实了这一学说的正确性，并因此获得了诺贝尔物理奖。
2．晶体的概念具有空间点阵结构的物体就是晶体，空间点阵结构共有14种。
例如，食盐的主要成份氯化钠(NaCl)具有面心立方结构，是一种常见的晶体。
此外，许多金属(如钨、钼、钠、常温下的铁等)都具有体心立方结构，因而都属于晶体。
值得注意的是，在晶体中，晶莹透明的有很多，但是，并不是所有透明的固体都是晶体，如玻璃就不是晶体。
这是因为，组成玻璃的质点只是在一个原子附近的范围内作有规则的排列，而在整个玻璃中并没有形成空间点阵结构。
3．天然晶体与人工晶体晶体分成天然晶体和人工晶体。
调Q技术与锁模技术
2
n2
Wp
则上能级达到最大反转粒子数取决于
n2=Wpτ2
为了能使激光工作物质的上能级积累尽可能多的粒子，则要求Wpτ2 值应大一些，但τ2也不宜太大，否则会影响能量的释放速度。 (2)光泵的泵浦速度必须快于激光上能级的自发辐射速率，即 光泵的发光时间(波形的半宽度)必须小于激光介质的上能级寿命。 (3)谐振腔的Q值改变要快（最好是突变），一般应与谐振腔 建立激光振荡的时间相比拟。
四、调Q激光器的两种储能方式 工作物质储能 调Q激光器
谐振腔储能
1.工作物质储能调Q 脉冲反射式调Q，简称PRM法（Pulse Reflection Model)。 将能量以激活离子的形式储存在工作物质中。能量储存的时间， 取决激光上能级的寿命。 W (a)
p
（1）工作过程
调Q激光脉冲的建立过程， 各参量随时间的变化情况， 如图所示。 图(a)表示泵浦速率Wp随时间 的变化；图(b)表示腔的Q值是 时间的阶跃函数(蓝虚线)； 图(c)表示粒子反转数△n的变 化；图(d)表示腔内光子数Φ随 时间的变化。
短脉冲技术
调Q技术与锁模技术是应人们对高峰值功率、窄脉宽激光脉冲 的应用需求而发展起来的。
两种方式机理不同，压缩的程度也不同。 调Q技术可将激光脉宽压缩至纳秒量级（峰值功率达106W以 上）。 锁模技术可将激光脉宽压缩至皮秒或飞秒量级（峰值功率可达 到1012W)
第七章
激光技术
调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它 是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值 功率可提高几个数量级的一种技术。现在，欲获得峰值功率在兆 瓦级(106w)以上，脉宽为纳秒级(10-9s)的激光脉冲已并不困难。
ΦD Φi
晶体电光声光磁光效应实验实验讲义
2
n12
y
2
2 n2
z
2
2 n3
1
(1-2)
图 1-1 折射率球 式中 n 1 、 n 2 、 n 3 为椭球三个主轴方向上的折射率，称为主折射率。当晶体加
联系方式: 电话：010-67889536/67887073/67872350 传真：010-67889536/67887073/67872350 转 881 邮箱：Sales@ 1 网址：
3.6 思考题 ........................................................................................................................ 20 参考文献 .................................................................................................................................. 21
北京杏林睿光科技有限公司光电实验产品实验讲义 RLE-ME06 晶体电光、声光、磁光效应实验 上电场后，折射率椭球的形状、大小、方位都发生变化，椭球方程变成
x
2 2 n11
y
2
2 n22
z
2
2 n33
2 yz
2 n23
2 xz
2 n13
2 xy
2 n12
1
(1-3)
晶体的一次电光效应分为纵向电光效应和横向电 光效应两种。纵向电光效应 是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播的方向平行时产生的电光效应；横向 电光效应是加在晶体上的电场方向与光在晶体里传播方向垂直时产生的电光效 应。通常 KD*P（磷酸二氘钾）类型的晶体用它的纵向电光效应，LiNbO3（铌酸锂）类型的晶体 用它的横向电光效应。本实验研究铌酸锂晶体的一次电光效应，用铌酸锂晶体的 横向调制装置测量铌酸锂晶体的半波电压及电光系数，并用两种方法改变调制器 的工作点，观察相应的输出特性的变化。 表 1-1 点群 对称性 3m 晶体材料 电光晶体(electro-optic crystals)的特性参数 折射率 波长 ( m ) 0.633 非零电光系数 ( 1012 m / V )
非线性光学材料
我国在非线性光学晶体研制方面成绩卓著，某些晶体处于世界领先地位 。
选择依据
选择依据
选择非线性光学材料的主要依据有以下几方面： ①有较大的非线性极化率。这是基本的但不是唯一的要求。由于激光器的功率可达到很高的水平，即使非线 性极化率不很大，也可通过增强入射激光功率的办法来加强所要获得的非线性光学效应； ②有合适的透明程度及足够的光学均匀性，亦即在激光工作的频段内，材料对光的有害吸收及散射损耗都很 小； ③能以一定方式实现位相匹配； ④材料的损伤阈值较高，能承受较大的激光功率或能量； ⑤有合适的响应时间，分别对脉宽不同的脉冲激光或连续激光作出足够响应。
1.KDP 型晶体
主要包括KH2PO4 和四方晶系的一些同构物及其氘代物晶体等。此类晶体生长简单，容易得到高质量的单晶， 能够得到90°的相位匹配，适合于高功率倍频。虽然它们的非线性系数较小，但在高功率下并不妨碍获得高的转 换效率。
2.KTP 型晶体
主要包括KTiOPO4以及正交晶系的同构物等。KTP 晶体具有非线性系数大，吸收系数低，不易潮解，很难脆 裂，化学稳定性好，易加工和倍频转换效率高等优点，是一种优良的非线性光晶体，但紫外透过能力差限制了它 在紫外区的应用。
1.有机低分子非线性光学材料 主要包括如尿素及其衍生物，希夫碱系化合物，偶氮化合物，二苯乙烯类化合物，稠杂环化合物，酞菁类化 合物，有机盐类等一系列含发色团的具有π共轭链的近紫外吸收的小分子化合物材料。 有机分子具有大的离域的π电子共轭结构，易被极化，具有较大的非线性光学系数，易于设计和裁剪组合， 易于加工成型，便于器件化。另外，它们成本相对较低，介电常数低，光学响应快以及与铁电无机晶体可比拟或 远远超过的非共振光学极化率。所以可通过分子设计并合成的方法改变结构开发出新型结构材料。 2.
晶体电光声光磁光效应实验实验讲义
2.3 实验原理 .................................................................................................................... 11 2.4 实验仪器 .................................................................................................................... 14 2.5 2.6 实验 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 实验内容 .................................................................................................................... 17 思考题 ........................................................................................................................ 18 晶体的磁光效应实验 ............................................................................................... 19 引言 ............................................................................................................................ 19 实验目的 .................................................................................................................... 19 实验原理 .................................................................................................................... 19 实验仪器 .................................................................................................................... 19 实验内容 .................................................................................................................... 19
RTP晶体光学和电学性能研究
RTP晶体光学和电学性能研究程秀凤;王营;王正平【摘要】磷酸钛氧铷(RbTiOPO4,RTP)晶体是一种新型的、有重要应用前景的电光材料.采用分光光度计、Nd∶YAG锁模激光器、耐压测试仪等设备,对其光学和电学性质进行了全面测试研究,包括透过谱、折射率、消光比、电阻率、电光系数等.测试结果表明:RTP材料具有透过谱宽、吸收损耗小、消光比大、电阻率高、电光系数大、半波电压低等优点,综合性能优异,所得实验数据将为高性能RTP电光调制器件的精确设计和优化提供参考.【期刊名称】《中国测试》【年(卷),期】2014(040)001【总页数】5页(P9-13)【关键词】RTP晶体;电光晶体;光学性质;电学性质【作者】程秀凤;王营;王正平【作者单位】山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100;山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100;山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100【正文语种】中文【中图分类】TN304.8;O73;O482.3;O441.2用电光晶体制作的快速光开关、Q开关、光调制器、电光偏转器等器件在现代光电子学和激光技术中有着重要应用。
这些应用提高了激光器的性能，扩大了激光的使用范围，促进了激光技术的发展。
目前在激光技术中广泛应用的电光晶体为单轴晶体磷酸二氘钾（KD*P）和铌酸锂（LN），但两者在电光性能方面都有不少欠缺。
KD*P晶体的半波电压相对较高，易潮解，使用时必须密封在盒子中；LN的最大缺点是光损伤阈值太低，此外存在压电耦合效应导致的寄生振荡，因此不能满足高频调制的需要。
双轴晶体磷酸钛氧钾（KTP）是一种优秀的非线性光学晶体，广泛用于腔内倍频钕离子的1m附近的红外激光，由于它也具有大的电光系数和低的介电常数，所以有人曾把它作为Q开关进行研究，但是高的电导率造成电光性能变差，限制了它在电光器件方面的实用化。
激光、光电子技术应用的发展对电光晶体提出了更高的要求，亟需探索新的、性能更加优异的电光晶体。
KDPDKDP倍频晶体吸收系数的斜入射测量
KDPDKDP倍频晶体吸收系数的斜入射测量高波;杨斌;李强;姜昌录;黎高平;柴立群【摘要】考虑惯性约束聚变系统中的磷酸二氢钾/磷酸二氘钾(KDP DKDP)的吸收系数直接影响系统的转换效率及最终输出能量,本文研究了KDPDKDP倍频晶体吸收系数的测量方法.提出了新的基于朗伯定律的倍频晶体吸收系数斜入射测量法.建立了斜入射状态下入射光偏振态与晶体o光和e光的关系模型,推导了小角度入射下晶体e光折射率的迭代计算方法.采用该方法计算了晶体的e光折射率,通过测量得到的数据间接计算出了KDPDKDP倍频晶体吸收系数.详细分析了该方法在测量过程中的各项误差来源,得出该方法测量误差优于0.000 2 cm-1.最后,对一块40mm×40 mm× 60 mm的开关晶体元件进行测试并与分光光度法比对以验证提出方法的可行性,结果显示两种测量方法的偏差小于0.000 2 cm-1,表明该方法可用于惯性约束聚变系统中倍频晶体吸收系数的测量.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2016(024)012【总页数】7页(P3041-3047)【关键词】磷酸二氢钾/磷酸二氘钾(KDPDKDP)倍频晶体;吸收系数测量;斜入射;比尔朗伯原理【作者】高波;杨斌;李强;姜昌录;黎高平;柴立群【作者单位】中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;西安应用光学研究所陕西西安710065;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;西安应用光学研究所陕西西安710065;西安应用光学研究所陕西西安710065;中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】O437;O734.1磷酸二氢钾/磷酸二氘钾KDP\DKDP晶体在惯性约束聚变系统中作为频率转换元件或调Q开关元件, 对系统最终输出能量起着至关重要的影响。
为达到一定的转换效率, 晶体光轴方向与光束传播方向必须满足一定的角度要求,即相位匹配角。