非线性晶体
非线性光学晶体材料的选材与设计研究
非线性光学晶体材料的选材与设计研究随着科技的不断发展，非线性光学晶体材料的应用也越来越广泛。
非线性光学晶体材料能够产生比线性光学材料更强大、更复杂的光学效应。
在激光技术、通信技术、光电子学、医学、生物学等领域都有着广泛的应用。
选材和设计是非线性光学晶体材料制备的重要环节，本文将对非线性光学晶体材料的选材和设计进行详细探讨。
一、非线性光学晶体材料的基本概念选材和设计之前需要先了解非线性光学晶体材料的基本概念。
非线性光学晶体是指在高强光作用下，产生非线性光学效应的晶体。
这种晶体材料有着类似于线性光学晶体的结构和非线性介电性质。
在高强光作用下，非线性光学晶体材料中的电子吸收和产生非线性的光学响应。
在实际应用中，非线性光学晶体材料分为三类：非线性光学晶体、非线性光学液晶和非线性光学有机材料。
非线性光学晶体具有峰值功率、时间延迟和非均匀性等性质。
非线性光学液晶具有快速响应、可控性、低电压驱动等性质。
非线性光学有机材料则具有低成本、透明度等性质。
二、非线性光学晶体材料的选材在选材时需要考虑的因素有很多，包括非线性系数、二阶非线性系数、三阶非线性系数、透明度、光强损失、光学吸收、激光损伤阈值、生长方法、晶体结构和热学稳定性等。
良好的非线性光学晶体材料需要满足这些要求。
1. 非线性系数非线性系数是材料优劣的关键指标之一。
非线性光学晶体材料的非线性系数越大，非线性光学效应就越显著。
因此，选材时需要优先考虑非线性系数。
BaB2O4、LiNbO3、KTA、LBO、BBO 等晶体都具有很高的非线性系数。
2. 二阶非线性系数二阶非线性系数是材料进行二次谐波发生的指标。
二阶非线性系数越大，二次谐波转化效率越高。
在实际应用中，二阶非线性系数的大小非常重要。
ZnGeP2、LBO、KTiOPO4、BBO等晶体的二阶非线性系数比较高。
3. 三阶非线性系数三阶非线性系数是材料进行三次谐波发生的指标。
在实际应用中，三阶非线性效应在超短光脉冲或者脉冲幅度调制中具有很大作用。
激光用非线性光学晶体元件性能测量方法-最新国标
激光用非线性光学晶体元件性能测量方法1 范围本文件规定了非线性光学晶体元件低温相偏硼酸钡（β-BaB2O4，简称BBO）、三硼酸锂（LiB3O5，简称LBO）、磷酸二氢钾（KH2PO4，简称KDP）、磷酸钛氧钾（KTiOPO4，简称KTP）、铌酸锂（LiNbO3，简称LN）、硫镓银（AgGaS2，简称AGS）、碘酸钾（KIO3）的质量测试方法。
本文件适用于BBO、LBO、KDP、KTP、LN、AGS和KIO3晶体元件。
能满足本文件要求的其它非线性光学晶体元件也可参照使用。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 11297.1 激光棒波前畸变的测量方法GB/T 16601.4 激光器和激光相关设备激光损伤阈值测试方法第4部分：检查、探测和测量3 主要测试项目物理性能散射、光学不均匀性、特定波长吸收、紫外截止波长、I类相位匹配波长、有效非线性光学系数、倍频转换效率、弱吸收系数、双折射率、激光损伤阈值、减反膜剩余反射率、波前畸变。
加工质量尺寸公差、角度偏差、平行度、平面度、垂直度、有效通光孔径、膜层牢固度、膜层的抗高湿性能、膜层的抗温度冲击、粗糙度、崩边、崩口及崩裂、倒角、表面疵病。
4 测试的环境要求洁净等级：10000级温度：（23±2）℃湿度：（55±5）%5 测试方法散射5.1.1 测试原理利用单晶元件内部的包络、气泡等缺陷对激光束的散射作用，观测单晶元件内部质量。
当激光通过元件的光路被散射变粗或出现发散光，表明元件存在包络、气泡等缺陷。
5.1.2 测试条件样品：单晶元件的激光入射面、出射面及观测面抛光。
环境：在暗室内测量。
5.1.3 测试仪器He-Ne激光器（波长632.8nm，功率40mW～50mW，光斑直径大于等于2mm），三维调节平台，带标尺的50倍显微镜。
非线性光学晶体的制备与应用研究
非线性光学晶体的制备与应用研究随着科技的不断进步及应用的不断拓展，非线性光学已经成为热门研究领域之一。
其中，非线性光学晶体作为具有重要意义的光学材料起到了至关重要的作用。
本文将从非线性光学晶体的制备与应用两个方面入手，讨论其相关研究内容，以期为相关领域的科研工作者提供一定的参考。
一、非线性光学晶体的制备1、非线性光学晶体的概念及特点非线性光学晶体，一般指非线性光学材料中的晶体形态。
它们具有比普通非线性光学材料更强的非线性响应，因此在高频率光学变化和量子效应等领域有着广泛的应用。
2、常用的非线性光学晶体材料目前，非线性光学材料的种类非常多，常见的有二氧化硅、硫化锌、硒化锌等无机晶体，以及聚合物、氧化周期镓等有机材料。
其中，氯化铷（RbCl）和氯化铯（CsCl）等双离子晶体作为最早被人们认识的非线性晶体材料之一，依然是重要的非线性光学晶体之一。
此外，氧化镉（CdO）和氧化钙（CaO）等天然矿物晶体，也被发现具有了重要的非线性响应。
3、非线性光学晶体的制备方法制备非线性光学晶体的方法与普通的无机晶体相似，主要包括溶液法、熔融法和化学气相沉积法等。
但由于非线性光学晶体通常采用的是分子晶体的形式，因此需要特殊的注意事项。
同时，近年来也有人采用生物技术手段制备透明、无机基质的非晶体材料，其在非线性光学领域的应用前景也十分广阔。
二、非线性光学晶体的应用研究1、现有的应用场景非线性光学晶体在现代科技、通信领域中有着广泛的应用。
它们可以通过光学调制技术实现信息传输、激光器控制以及相移等功能，同时在光伏、光电技术、医学等领域中也发挥着种种独特的作用。
因此，其研究和应用是非常具有意义和前景的。
2、未来的研究方向在非线性光学晶体的研究过程中，需要深入探讨其物理机制，以及制备和应用，这些都是目前的研究重点。
同时，近年来发展出了非线性光学相位调制技术，这也成为未来研究的一项重要方向。
在实际应用中，需要将非线性光学晶体与其他器件结合，如波导器件等，以提高其性能和优化其特性。
KBBF非线性光学晶体及应用解析
七、KBBF晶体的工作性能
• 一般来说，倍频效率不仅与基波电场初始 强度有关，而且与晶体长度有关，倍频效 率随晶体长度的增大而增加并逐渐达到同 一饱和限度；同一晶体长度，基波功率越 高，倍频效率越高；基波功率愈大，高斯 光束达到饱和效率所需晶体长度愈短；不 同的基波功率均随着晶体长度的增加而或 早或晚地达到同一饱和效率。 • 晶体长度并不是越长越好，还应该考虑损 耗
七、KBBF晶体的工作性能
• 2）匹配相位角 • KBBF晶体 I类倍频基波 的下限波长为 323 nm， 直接倍频产生的谐波波 长为161.5 nm，相位匹 配角为87.330 25°， 是目前直接倍频匹配波 长最短的晶体，晶体可 在200 nm以下的深紫外 波段实现相位匹配
七、KBBF晶体的工作性能
六、KBBF晶体的制备
• 目前报道的使用水热法制备的最佳结果是 福建物质结构所唐鼎元等人以KBF4，BeO和 B2O3为原料，在750℃ 恒温 48 h（固相反 应），其产物经固态烧结（800℃）后得到 籽晶。并使用籽晶在KF及H3BO3水溶液中经 二区加热（生长区300-400℃，溶解区350420℃）生长20-100d得到较大晶体。通过 这种方法得到了厚度超过10mm的晶体。
八、KBBF棱镜耦合装置
• 通过使用KBBF棱镜耦 合装置解决了KBBF加 工困难和Z方向厚度小 的问题，同时通过装 置的整体转动可以适 应各种匹配角，或者 通过调整石英的切割 角度来调整基光入射 角。
九、应用与展望
• 现使用KBBF晶体已经可获得瓦级200 nm 和 41 mW 177. 3 nm 的相干光,并获得了从 232. 5-170 nm 的 Ti 宝石激光的可调谐 四倍频谐波光输出。这已可应用于大部分 实际所需,如超高能量分辨率光电子能谱仪、 深紫外激光光电子显微镜、 193 nm 光刻 技术等。此外, 随着晶体生长技术的改进, 在得到更大更厚的晶体之后,KBBF 族晶体 将可获得深紫外光谱区的更高功率输出和 更广泛的应用。
lis非线性光学晶体
lis非线性光学晶体随着科技的不断发展，光学材料正在日益被用于各种应用领域。
其中，非线性光学晶体是技术发展的重要组成部分，其他高科技应用，如激光、显微镜、探测分析和低功耗传感系统，都离不开非线性光学晶体。
在这里，本文将重点介绍最新发展的LIS非线性光学晶体。
LIS非线性光学晶体是一种新型非线性光学材料，由中国科学院上海硅酸盐研究所和英国工程师John Lister共同开发。
它具有高性能、稳定、可靠的特点，可以更有效地转换电子信号。
LIS晶体的结构由一种多面体几何形成，由多个形状相同的三棱锥组成，中间接合处通过四个点结构连接。
这种几何设计使得非线性特性得到充分发挥，能够有效地实现高效的光学效率。
此外，由于LIS晶体的结构特殊，使它具有良好的抗辐射性能，可以抗很高的辐射水平，从而更加适合高辐射环境中使用。
另外，LIS晶体的优势体现在抗振动性方面也非常出色，它拥有极高的抗振动和抗冲击性能，可以保护内部元件不受振动和冲击的影响，从而提高了系统的可靠性，提供更可靠的光学转换性能。
此外， LIS晶体还具有高精度和强度高的特点，比传统晶体具有更高的可靠性，更易于制造和维护，可以提供更好的光学效率和更稳定的输出信号，从而有效地提高系统性能。
可以看出，LIS非线性光学晶体的优势在多面体几何设计、优良的抗辐射性能、极高的抗振动性能和高精度与强度方面更加突出，因此，它是目前应用最广泛的非线性光学晶体。
它的出现，可以为各种应用领域的技术发展提供有效的支持，也可以提供更高效的光学效率和更高的可靠性。
综上所述，LIS非线性光学晶体是一种具有多面体几何形状、优良抗辐射性能、抗振动性能和高精度与强度的新型非线性光学晶体，它的出现为技术发展提供了有效的支持，也可以提供更高的光学效率和更高的可靠性。
随着LIS非线性光学晶体的广泛应用，未来生活将会更加美好。
非线性光学晶体的性能与应用
非线性光学晶体的性能与应用引言：非线性光学晶体是一类具有特殊光学性质的材料，其在光学领域有着广泛的应用。
本文将介绍非线性光学晶体的性能特点以及其在通信、激光技术和生物医学等领域的应用。
一、非线性光学晶体的性能特点1. 非线性效应非线性光学晶体具有非线性效应，即当光强度较高时，晶体的光学性质会发生明显的非线性变化。
这种非线性效应使得晶体在光学调制、频率转换和波长选择等方面具有独特的优势。
2. 高非线性系数非线性光学晶体的非线性系数通常较高，能够将输入光信号进行高效的转换和调制。
这种高非线性系数使得晶体在光学信号处理和光学器件设计中具有重要的应用价值。
3. 宽光学透明窗口非线性光学晶体通常具有宽的光学透明窗口，能够在可见光和红外光等多个波段范围内有效传输光信号。
这种宽光学透明窗口使得晶体在光通信和光传感等领域具有广泛的应用前景。
二、非线性光学晶体的应用1. 光通信非线性光学晶体在光通信领域中有着重要的应用。
通过利用晶体的非线性效应，可以实现光信号的调制、调制解调和光信号转换等功能。
此外，晶体的宽光学透明窗口使得其可以传输多个波长的光信号，从而提高了光通信系统的传输容量和性能。
2. 激光技术非线性光学晶体在激光技术中也有着广泛的应用。
通过利用晶体的非线性效应，可以实现激光的频率转换、倍频和混频等功能。
这种功能可以用于激光器的频率调谐、激光脉冲压缩和激光波长选择等方面，为激光技术的发展提供了重要的支持。
3. 生物医学非线性光学晶体在生物医学领域中也有着广泛的应用。
通过利用晶体的非线性效应，可以实现生物组织的非线性显微成像和光学操控等功能。
这种功能可以用于细胞和组织的高分辨率成像、药物递送和光学治疗等方面，为生物医学研究和临床应用提供了新的手段。
结论：非线性光学晶体具有独特的性能特点和广泛的应用前景。
通过充分利用晶体的非线性效应，可以实现光信号的高效处理和调制，为光通信、激光技术和生物医学等领域的发展提供了重要的支持。
非线性光学晶体的制备及其应用
非线性光学晶体的制备及其应用随着科学技术的不断发展，非线性光学晶体的制备和应用已经成为光电领域的一个重要研究方向。
非线性光学晶体是一种能够将光信号转化为其它形式信号的材料，它具有很多独特的优点和应用价值。
一、非线性光学晶体的概述非线性光学晶体是一种具有非线性光学效应的晶体材料，它能够通过光信号的非线性响应实现光信号的转换和控制。
非线性光学现象是指在外界振幅作用下，光频率及光强度的变化关系与原光线性时不同的现象。
非线性光学晶体是用来实现这种非线性光学现象的光学材料。
非线性光学晶体的主要特点是在光场较强时才表现出非线性效应，而当光场较弱时则几乎为线性效应。
因此，在实际应用中通常需要一些条件来保证非线性光学晶体的工作状态。
非线性光学晶体的制备主要是通过晶体生长、掺杂、处理等技术来实现的。
二、非线性光学晶体的制备非线性光学晶体的制备过程主要包括晶体生长、晶体掺杂、晶体处理等步骤。
1. 晶体生长：晶体生长是制备非线性光学晶体最基本的过程。
它主要是通过化学反应、物理气相沉积、液相沉积等方法来实现。
晶体生长的目的是使材料达到最佳状态，同时控制晶体内部的结构和缺陷，从而提高晶体的光学性能。
2. 晶体掺杂：晶体掺杂是核心的工艺步骤之一，它主要是通过添置一些少量的杂质来改变晶体的光学性能。
晶体掺杂主要有两种形式：一种是通过在生长过程中添置杂质；另一种是通过离子注入、或化学分析等方法来进行。
3. 晶体处理：晶体处理是制备非线性光学晶体的最后一步，其主要目的是改变晶体的外观和光学性能。
晶体处理的方法包括热处理、电极化处理、激光照射等。
三、非线性光学晶体的应用随着科学技术的不断发展，非线性光学晶体已经在很多领域得到了广泛的应用，例如通信、激光、生命科学、光学交叉等等。
1. 通信：非线性光学晶体在光通信中有着很大的应用潜力，可用于光纤通信、光路复用、光纤放大器等领域。
2. 激光：非线性光学晶体在激光领域也有着广泛的应用，如激光寻标、激光打标、激光太赫兹等领域。
非线性光学晶体
非线性光学晶体非线性光学晶体对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体非线性光学晶体是对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体。
非线性光学晶体是一种功能材料，其中的倍频（或称“变频”）晶体可用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围，在激光技术领域具有重要应用价值。
1 介绍具有非线性光学效应的晶体。
广义指在强光或外场作用下能产生非线性光学效应的晶体。
通常将强光作用下产生的称为非线性光学晶体; 外场作用下产生的称电光、磁光、声光晶体。
此外，还有含共轭体系的有机分子组成的晶体或聚合物。
广泛应用的有KH2PO4(KDP)、NH4H2PO4(ADP)、CsH2A5O4(CDA)；KTiOPO4、KNbO3、NiNbO3、 Ba2NaNb5O15；BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)、NaNO2；GaAs、InSb、InAs、 ZnS等。
按状态分为块状、薄膜、纤维、液晶。
利用二阶非线性效应产生的倍频、混频、参量振荡及光参量放大等变频技术，可拓宽激光的波长范围，已应用于核聚变、医疗、水下摄影、光通信、光测距等方面。
2 三硼酸锂晶体简称LBO晶体。
分子式为 LiB3O5，属正交晶系，空间群为Pna2 的一种非线性光学材料。
福建物质结构研究所首次发现。
密度2.48g/cm，莫氏硬度6，具有较宽的透光范围（0.16～2.6μm），较大的非线性光学系数，高的光损伤阈值（约为KTP的 4.1倍，KDP 的1.83倍，BBO的2.15 倍）及良好的化学稳定性及抗潮解性。
可用于1.06μm激光的二倍频和三倍频，并可实现Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配。
用功率密度为350MW/cm的锁模Nd ：YAG激光，样品通光长度为11mm （表面未镀膜），可获得倍频转换效率高达60%。
LBO晶体可制作激光倍频器和光参量振荡器。
用高温溶液法可生长出光学质量的单晶。
3 三硼酸锂铯晶体CLBO晶体的基本结构与三硼酸铮和三硼酸铯相同，其阴离子基因中平面基团和四面体基团的结合是其大的非线性效应来源。
非线性光学晶体的制备及其性能研究
非线性光学晶体的制备及其性能研究随着人们对光学能量的研究越来越深入，非线性光学技术也越来越受到关注。
非线性光学晶体是非线性光学技术中至关重要的材料，其制备与性能研究对于非线性光学技术的发展起着至关重要的作用。
一、非线性光学晶体的制备非线性光学晶体的制备需要选择适当的材料，并采用适当的生长方法。
常用的非线性光学晶体材料有KDP、LBO、BBO等。
1. KDP晶体KDP晶体是非线性光学晶体中最常见的一种，其优点是色散小，折射率大，扭曲率小，因此在高功率激光系统中应用广泛。
KDP晶体制备需要采用水热法。
首先，在热水中加入KDP原料，溶解后进行一系列的搅拌、加热、降温等步骤，使其逐渐形成晶体。
在制备过程中，需要严格控制温度、压力等因素，以减小晶体的缺陷率，提高晶体的品质。
2. LBO晶体LBO晶体是一种锂离子掺杂的钛酸钡钾晶体，其非线性光学系数比KDP大，对高功率激光有很好的承受力。
LBO晶体的制备采用Czochralski法和Bridgman法，其中Czochralski法为当前制备LBO晶体的主要方法。
在这种方法中，先将LBO原料放在石英舟中，在高温下加热溶解，然后慢慢降温晶化，最终得到LBO晶体。
制备LBO晶体需要精密控制火焰火化、熔化温度、速度等参数，以保证晶体的质量。
3. BBO晶体BBO晶体是一种比较新颖的非线性光学晶体，其非线性光学系数比KDP和LBO都大，又具有热稳定性好、光学均匀性高等优点，应用领域非常广泛。
BBO晶体的制备采用碱金属氧化物熔缩法和溶剂热法。
其中碱金属氧化物熔缩法是一种成熟的方法，可以得到高品质的BBO晶体。
在制备过程中，需要严格控制熔炉温度、晶体生长速度等因素，以获得精密的晶体。
二、非线性光学晶体的性能研究非线性光学晶体的性能研究是非线性光学技术发展的关键之一。
面对越来越复杂的应用环境，需要对非线性光学晶体进行更深入的性能研究。
1. 非线性光学系数非线性光学系数是评价非线性光学晶体性能的关键指标之一。
三硼酸锂非线性光学晶体
三硼酸锂非线性光学晶体
1什么是三硼酸锂非线性光学晶体
三硼酸锂(LBO)非线性光学晶体是一种晶体，它由成分LiB3O5组成，它是一种用于制备二次非线性光学(NLO)效应的实用晶体。
它具有良好的折射率系数和橡胶系数，这使它成为有用的介质，可实现非线性光学效应，如振荡，偏振效应和泵浦抑制等。
2三硼酸锂非线性光学晶体的优势
三硼酸锂非线性光学晶体的优势在于它的结构稳定，可以将其用于大范围的波长，从短紫外到红外，而不会对频率或温度产生很大的影响。
另外，它还具有非常高的折射率，可以将其应用于几种实验条件下的光子反射，从而实现很多有趣的物理效应。
此外，三硼酸锂非线性光学晶体还具有可以抗静电场，防止电离辐射的优势，因此在用于特殊光学应用中特别有用。
3三硼酸锂非线性光学晶体的应用
三硼酸锂非线性光学晶体有许多应用。
首先，它可以用来制作镜片和其他光学元件，可以用来实现激光器滤波，增强或变换激光束，实现各种波形管理，可以实现单模式或双模式激光，可以实现高灵敏度的光学传感器，增强拉曼散射，实现宏观结构的颗粒检测，可以调制激光的时间，空间结构，减少流动的折射率异常等等。
另外，三硼酸锂非线性光学晶体还具有在高能激光和微小环境中的应用能力，可以增强激光的灵敏度和稳定性。
4三硼酸锂非线性光学晶体的未来
随着科学技术的进步，三硼酸锂非线性光学晶体将在更多领域产生影响。
预计，三硼酸锂非线性光学晶体将会在未来发挥更大的作用，比如生物医疗、图像处理、通信和控制等领域，将改变现实世界中光学研究和应用。
在未来，人们将会继续关注三硼酸锂非线性光学晶体的研究和应用，以便更好地利用它来改善人类的生活质量，实现更高的效率。
非线性光学晶体材料优秀课件.pptx
红外非线性光学晶体 分类：
➢ 由四面体基团构成的二元或三元化 合物
➢ 由MX3三角锥形基团构成的化合物 ➢ 单质
深紫外非线性光学晶体
➢ KBBF晶体 ➢ SBBO族晶体
非线性光学晶体材料优秀课件
非线性光学晶体的应用
扩展激光的波长覆盖范围 为了提高谐波转换效率经常采用的三种方法：
➢ 外共振腔技术 ➢ 内共振腔技术 ➢ 准相位匹配技术
非线性光学 晶体材料分 子设计方法
非线性光学晶体材料优秀课件
几种重要的非线性光学晶体
LBO族晶体
➢ LBO晶体 ➢ CBO晶体 ➢ CLBO晶体
KTP晶体 BBO晶体 KDP族晶体
➢ KDP晶体 ➢ DKDP晶体
铌酸盐晶体
➢ KNbO3晶体 ➢ LiNbO3晶体 ➢ MgO：LiNbO3晶体
频系数的几何叠加。对于每种化学键，他们共引入两个微观倍 频系数参量，即β //和β ⊥，分别代表平行于每个键的微观倍频系 数参量和垂直于每个键的微观倍频系数参量。 键电荷模型
晶体的线性和非线性极化率主要是由于A-B两个原子中键 电荷g在外光频电场作用下，作非中心对称运动的结果。 分子轨道法
非线性光学晶体材料优秀课件
引言
晶体非线性光学技术是一项很广泛的应用技术。它包 括激光的变频技术 、调制技术、记忆、存储技术、光 折变技术 等
非线性光学晶体材料优秀课件
非线性光学谐波器件的设计原理
晶体的倍频效应
按相位匹配模式可分为： ➢ 共线相位匹配
① 倍频转换 ② 和频转换
➢ 非共线相位匹配
有效倍频系数: 只能进行数值计算 通光方向的长度 其他特征量：相位匹配参量Δk，允许角宽度ΔθPM
准相位匹配谐波器件
非线性光学晶体.
除光通信外，工业激光、电光是非线性光学晶体应 用的重要市场，近几年一直保持着每年1520%的市 场增长，其中BBO、KTP晶体是本领域近几年增长最 快的晶体品种，市场前景看好。
医用固体激光器领域是非线性光学晶体的另一个重要 市场，主要应用的是KTP、KDP和BBO晶体，CLBO 也将会得到大量应用。由于医疗行业激光器的快速发 展，带动KTP等非线性光学晶体的需求量也迅速增长。
2）现有非线性光学晶体性能的改进以及新晶体的开 发
3）非线性光学晶体的周期性极化准相位匹配技术 （QPM）
4）红外波段的非线性光学晶体 相对于可见和紫外波段的非线性晶体，红外波段 的非线性晶体发展比较慢，主要原因是现有的红外非 线性晶体的光损伤阈值太低，直接影响了实际使用。 由于红外非线性光学晶体在军事上有重要应用前景， 这一类晶体材料成为非线性光学领域的一个重点发展 方向。 5）新型的光折变晶体材料
非线性光学材料郭泓良 柴胤源自 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。
用LN制作的光波导器件及调制器件，已广泛应用于 光通讯；利用KTP晶体的商业内腔倍频YAG激光器， 其绿光输出可达几百瓦；用CBO和频的YAG三倍频 激光器，355nm输出已达17.7瓦；用CLBO四倍频的 YAG激光器，266nm紫外光输出已达42瓦；用KBBF 直接六倍频已获177.3nm的深紫外激光；使用KTP、 BBO、LBO的光参量振荡器，其调谐范围覆盖了可 见光到4.5m波段，并实现单纵模运转。
非线性光学晶体
1、〔1〕查阅资料综述主要非线性光学晶体种类、性能特征、液相生长技术及其制；〔2〕试以倍频/混频非线性光学效应原理分析光参量振荡器工作原理。
非线性光学晶体的种类：KDP晶体: 中文名称磷酸二氢钾晶体英文名称potassium dihydrogen phosphate crystal，KDP化学式为KH2PO4的非线性光学晶体，属四方晶系。
非线性系数d3630.63×10012m/V，对0.69430m激光倍频相位匹配角θmm50.451°。
磷酸二氢钾(KDP)晶体是一种最早受到人们重视的功能晶体，人工生长KDP 晶体已有半个多世纪的历史，是经久不衰的水溶性晶体之一。
KDP晶体的透光波段为178nm～1.45um，是负光性单轴晶，其非线性光学系数d36〔1.064um〕=0.39pm/V，常常作为标准来比较其他晶体非线性效应的大小，可以实现Ⅰ类和Ⅱ类位相匹配，并且可以通过温度调谐来实现非临界位相匹配(包括四倍频和和频)。
属于四方晶系，点群D4h，无色透明。
该晶体具有多功能性质。
上世纪50年代，KDP作为性能优良的压电晶体材料，主要被应用于制造声纳和民用压电换能器。
60年代，随着激光技术出现，由于KDP晶体具有较大的非线性光学系数和较高的激光损伤阈值，而且晶体从近红外到紫外波段都有很高的透过率，可对1.064μm激光实现二倍频，同时KDP晶体又是一种性能优良的电光晶体材料。
使得该晶体在高功率激光系统受控热核反应、核爆模拟等重大技术上更显现出它的应用前景，因此，对特大尺寸的KDP优质光学晶体的研究，在国内外一直受到研究者的极大关注。
性能特征：1. 晶体溶解度：从溶液中生长单晶体，很重要的一个参数是了解物质的溶解度。
根据溶解度与温度的关系绘制得到物质的溶解度曲线，它是选择晶体生长方法和生长温度区间的重要依据。
2.晶体结晶习性：取少量纯固体磷酸二氢钾将其配制成未饱和溶液〔以溶解度曲线为依据〕，自然蒸发数日后逐渐到达饱和，此时溶液形成少量晶核，在结晶驱动力作用下，逐渐形成外形完整的KDP小籽晶。
非线性晶体
(2)双能级模型 1969年，Phillips和VanVechten提出了双能级模型。将晶体 中所有能带简化为两个能级，即导带和价带，采用导带和价带 之间的平均带隙来近似计算晶体的非线性光学系数。
倍频效应的方法来筛选潜在的非线性光学晶体。原理是， 用脉冲激光照射一薄层晶体粉末，将所产生的二次谐波 强度，与在同样测试条件下的标准晶体粉末(如α-SiO2或 KDP等晶体粉末)所产生的二次谐波强度进行比较。
5、几种理论模型 Franken等发现了非线性光学效应一年以后，1962年，
Armstrong等就开始从理论上探索晶体非线性光学效应的物理 过程，将晶体的倍频系数与其电子波函数联系起来，给出了由 量子力学求解的晶体非线性光学系数的公式。但由于求解复杂 晶体能带波函数的困难，发展了许多近似方法和理论模型。
均存在着从可见光到红外波段的性能良好的频率转换晶体。 磷酸盐晶体 (i) 磷酸二氢钾(KH2PO4)结构型晶体，简称KDP型晶体。 KDP型晶体是用水溶液或重水溶液法生长的，具有优良
的压电、电光和频率转换性能．这些晶体作为压电换能器、 声纳等常用的晶体材料, 是适用于激光核聚变等高功率激光 系统中的优选晶体。
(7)双重基元结构模型 1987年，许东等将无机非线性光学晶体中畸变八面体同有 机非线性光学晶体的共轭体系电荷转移这两种理论结合起来， 提出了探索新型非线性光学晶体的双重基元结构模型。
7、非线性光学晶体的展望
从现有的非线性光学晶体发展的概况来看，晶体的透光波 段大多是从紫外—可见一近红外区波段，对于真空紫外、红外、 光折变、光学超晶格量子阱、高速电—光Q开关等晶体研究得 较少。目前，所用的激光晶体全是无机晶体，所用的非线性光 学晶体也大多是无机晶体，有用的有机非线性光学晶体为数尚 少。有待发展的几个方面的研究工作：
非线性晶体
非线性晶体
非线性晶体是一种新型类型的晶体，它以具有非线性光学性质为特征，广泛应用于光学、光子技术和信息处理技术方面。
其最大的优点是，它可以把一些原本无法实现的物理效应变成有效的通用光学特性。
非线性晶体具有半导体和金属晶体相结合的特性，这种特性有利于实现完美的晶体结构，从而起到相应的非线性光学效果。
非线性晶体的种类
目前，非线性晶体的种类主要有以下几种：熔接晶体、掺杂晶体、微结构晶体及兆赫晶体等。
熔接晶体是由一种熔接材料，如热塑性树脂或硅树脂，与一种类似晶体的物质，如玻璃或半导体结合而成，具有极强的非线性光学效应；掺杂晶体由一种主要材料掺入少量的其他材料而成，在物理和化学性质上具有较强的区别，也具有非线性光学特性；微结构晶体是在晶体的普通结构中添加一些微结构，能够实现特定的非线性光学效果；兆赫晶体是一种金属晶体，它的核心是以兆赫频率为刻度，具有极强的非线性特性。
非线性晶体的应用
非线性晶体具有半导体和金属晶体相结合的特性，在光学、光子技术和信息处理技术方面有着广泛的应用。
非线性晶体可以用来实现特定的光学效应，如准直、聚焦、变化等，使光进行曲线和结构的变化；它还可以用于消光、非线性折射、光电耦合等；此外，它还可用于制作光子器件，如激光器件，电光混聚器件。
非线性晶体在光纤通信、光纤传感、量子加密、量子计算等领域的应用也是非常重要的。
结论
非线性晶体是一种新型类型的晶体，它以具有非线性光学性质为特征，对于光学、光子技术和信息处理技术发展具有重要意义。
它包括熔接晶体、掺杂晶体、微结构晶体及兆赫晶体等，它们有利于实现完美的晶体结构，从而起到相应的非线性光学效果，有着广泛的应用前景。
非线性光子晶体
非线性光子晶体非线性光子晶体是一种用于处理和传输的新型材料，其最大的特点是能够将非线性效应引入光通信系统中，从而形成新型的光调制器和光交换器等诸多器件，开启着无线、超高速的光电子应用。
一、非线性光子晶体的基本概念非线性光子晶体是指通过组合特殊的生物分子、原子以及有机分子而组成的光学单元，其内部由非线性物质构成，能够在特定环境下产生和传输非线性效应。
它最重要的性质是，非线性效应对于响应的光子数量很敏感，因此可以用来调制和改变光子状态，也可以用来通过去调制光纤或者各种新型复杂通信系统。
二、非线性光子晶体的基本功能1. 光调制器：非线性光子晶体可用于制备光调制器，可以用来调制和改变光子状态，从而更方便地对信号进行编解码。
2. 光交换器：光交换器是一种新型的多路路由交换器，可以更加高效地把信号转换为光子，在不受地理距离限制的情况下，改善了信息的传输效率，可以用来建立大规模的高速光纤网络。
3. 高速光存储器：非线性光子晶体可以制成高密度的光存储器，因为它们的存储功能使用的是光的干涉效应，可以在稍短的时间内大量存取信息，为大尺寸图像处理系统提供强大的存储能力。
4. 光接收器：非线性光子晶体可以制备特殊的光接收器，它们可以更加抗干扰地接收光信号，从而更加精准地识别特定的光信号信息。
三、非线性光子晶体的研究现状由于它的非线性特性和可扩展性，非线性光子晶体成为发展未来无线通信和数据传输的一种必要材料。
近几年来，研究者们致力于改善非线性光子晶体的性能：（1）改善结构：研究人员们致力于更好地结合特定的量子化学分子，来制备更加有效的非线性光子晶体；（2）优化工艺：优化工艺大大提高了非线性光子晶体表现出的性能，使它们在不同的环境下具有更高的效率；（3）研究新的应用：专家们研究和开发了新的市场和应用，比如说用来传输有毒物质的光安全系统，以及大型复杂系统中的光调制技术。
四、未来发展前景随着科学技术的发展，非线性光子晶体可以得到更好的应用，将会有更多的新型产品出现在市场上。
非线性晶体
所谓，是指具有铁电效应的一类材料，是热释电材料的一个分支。
“铁电现象”或“铁电效应”：这种材料的晶体结构在不加外时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。
3.1 基本的非线性光学晶体3.1.1 LiB305，三硼酸锂(LBO)3.1.2 KH2P04，磷酸二氢钾(KDP)3.1.3 KD2PO4，氘化磷酸二氢钾(DKDP)3.1.4 NH4H2PO4，磷酸二氢铵(ADP)3.1.5 p—BaB2O4，偏硼酸钡(BBO)3.1.6 LilO3，碘酸锂3.1.7 KTiOPO4，磷酸钛氧钾(KTP)3.1.8 LiNbO3，铌酸锂3.1.9 KNbO3，铌酸钾AgGaS2，硫镓银ZnGeP2，磷锗锌3.2 常用的非线性光学晶体3.2.1 KB5O8·4H2O，四水合五硼酸钾(KB5)3.2.2 CO(NH2)2，尿素3.2.3 CsH2AsO4，砷酸二氢铯(CDA)3.2.4 CsD2AsO4，氘化砷酸二氢铯(DCDA)3.2.5 KTiOAsO4，砷酸钛氧钾(KTA)3.2.6 MgO：LiNbO3，氧化镁掺杂铌酸锂3.2.7 Ag3AsS3，淡红银矿3.2.8 GaSe，硒化镓3.2.9 AgGaSe2，硒镓银CdSe，硒化镉CdGeAs2，砷锗镉3.3 其他无机非线性光学晶体3.3.1 KB5O8·4D2O3氘化四水合五硼酸钾(DKB5) 3.3.2 CsB305，三硼酸铯(CBO)3.3.3 BeSO4·4H2O，四水合硫酸铍3.3.4 MgBaF4，氟化钡镁3.3.5 NH4D2P04，氘化磷酸二氢铵(DADP)3.3.6 RbH2PO4，磷酸二氢铷(RDP)3.3.7 RbD2P04，氘化磷酸二氢铷(DRDP)3.3.8 KH2As04，砷酸二氢钾(KDA)3.3.9 KD2AsO4，氘化砷酸二氢钾(DKDA)……3.4 其他有机非线性光学晶体3.5 结晶石英的性质3.6 新进展第4章非线性晶体的应用4.1 钕激光器的激光谐波发生4.1.1 在无机晶体中钕激光辐射的二次谐波发生4.1.2 在有机晶体中1.064um辐射的二次谐波发生4.1.3 腔内SHG4.1.4 三次谐波发生4.1.5 四次谐波发生4.1.6 五次谐波发生4.1.7 1.3 18um辐射的谐波发生色心定义色心[1](color center)是指透明晶体中由点缺陷、点缺陷对或点缺陷群捕获电子或空穴而构成的一种可导致可见光谱区的光吸收的缺陷。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
CdGe(As1-xPx)2 和AgGa(Sc1-xSx)2 固溶体晶
量子阱与超晶格
有机非线性光学晶体分类
有机盐类非线性光学晶体 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
碘酸盐晶体
α—LiIO3 (α—碘酸锂)晶体, α—HIO3 (α—碘酸)晶体
KIO3 (碘酸钾)晶体, NH4IO3(碘酸铵)晶体
硼酸盐晶体 KB5(五硼酸钾)晶体, BBO(偏硼酸钡)晶体 LBO(三硼酸锂)晶体, NYAB(四硼酸铝钇钕) Li2B4O7 (四硼酸锂)晶体
铌酸盐晶体 LN(铌酸锂)晶体, KN(铌酸钾)晶体 KTN(钽铌酸钾)晶体, BNN(铌酸钡钠)晶体 SBN(铌酸锶钡)晶体, 改性的SBN晶体
二、寻找新型非线性光学晶体的途径
1、从压电、热释电和铁电晶体中去寻找 非线性光学晶体都是利用晶体的二阶电极化强度来产生
频率转换效率，如倍频、和频和差频等。由于二阶电极化强 度是一个三阶张量，只有无对称心的晶体，三阶张量的分量 才可能不全为零。压电、热释电、铁电晶体均无对称心，因 此，具有压电、热释电、铁电性能的三类晶体，才有可能具 有二阶非线性光学效应。
碘酸盐晶体 碘酸盐晶体包括。碘酸锂(α—LiIO3)、 液碘法酸生(H长IO，3)、其碘中酸能钾作(为KI材O3料)等来晶应体用。的这只类有晶α体—均Li采IO用3晶水体溶，
这种晶体的优点是透光波段宽、能量转换效率高，且易
于从水溶液中生长出优质大尺寸晶体等。 铌酸盐晶体 铌酸盐晶体包括铌酸锂(LiNbO3)、铌酸钾
酸钡(β—BaB2O4)与三硼酸锂(LiB3O5)等晶体，简称BBO晶体。
优点是：倍频系数大，倍频阈值功率高(比KDP晶体高3--4倍)， 能在较宽的波段(200--3000nm)内实现相位匹配，激光损伤阈 值高，物理化学性能稳定。这种晶体是短脉冲(1ns)、高功率 (1GW)激光倍频的候选材料。
三硼酸锂(LiB3O5)晶体，简称LBO晶体。突出优点是：透光 波段为(165--3200nm)，具有足够大的非线性光学系数，室温
晶体以及其掺稀土或过渡性元素的晶体和钽铌酸钾(KTN)晶 体等。
4、有机非线性光学晶体结构特点和分类 有机化合物种类、结构变化多样。有机化合物晶体结构
的对称性一般较低，结构基元为有机分子，分子内部的键是 具有饱和性和方向性的共价键，分子间的键一般为较弱的 van der waals键和氢键，其相互结合力较小。因此，熔点较 低、硬度较小，物理化学稳定性不如无机晶体。
均存在着从可见光到红外波段的性能良好的频率转换晶体。 磷酸盐晶体 (i) 磷酸二氢钾(KH2PO4)结构型晶体，简称KDP型晶体。 KDP型晶体是用水溶液或重水溶液法生长的，具有优良
的压电、电光和频率转换性能．这些晶体作为压电换能器、 声纳等常用的晶体材料, 是适用于激光核聚变等高功率激光 系统中的优选晶体。
钛酸盐晶体 BaTiO3 (钛酸钡)晶体, SrTiO3 (钛酸锶)晶体 PbTiO3, , 非铁电氧化物光折变晶体
半导体型非线性光学晶体
单质半导体型晶体：
Te(碲)， Se(硒)单晶体
二元化合物半导体型晶体
α-ZnS(立方硫化锌)结构： GsAs晶体 β—ZnS(六方硫化锌)结构： CdS晶体
ZnSe晶体 CdSe晶体
倍频效应的方法来筛选潜在的非线性光学晶体。原理是， 用脉冲激光照射一薄层晶体粉末，将所产生的二次谐波 强度，与在同样测试条件下的标准晶体粉末(如α-SiO2或 KDP等晶体粉末)所产生的二次谐波强度进行比较。
5、几种理论模型 Franken等发现了非线性光学效应一年以后，1962年，
Armstrong等就开始从理论上探索晶体非线性光学效应的物理 过程，将晶体的倍频系数与其电子波函数联系起来，给出了由 量子力学求解的晶体非线性光学系数的公式。但由于求解复杂 晶体能带波函数的困难，发展了许多近似方法和理论模型。
(7)双重基元结构模型 1987年，许东等将无机非线性光学晶体中畸变八面体同有 机非线性光学晶体的共轭体系电荷转移这两种理论结合起来， 提出了探索新型非线性光学晶体的双重基元结构模型。
7、非线性光学晶体的展望
从现有的非线性光学晶体发展的概况来看，晶体的透光波 段大多是从紫外—可见一近红外区波段，对于真空紫外、红外、 光折变、光学超晶格量子阱、高速电—光Q开关等晶体研究得 较少。目前，所用的激光晶体全是无机晶体，所用的非线性光 学晶体也大多是无机晶体，有用的有机非线性光学晶体为数尚 少。有待发展的几个方面的研究工作：
(5) 电荷转移理论 1970年，Davydov等采用粉末倍频效应法，考察了有机化 合物的倍频效应，提出了电荷转移理论，以后又经Ouder等加 以发展，认为每个有机分子是产生非线性光学系数的基元。
(6) 阴离资基团理论 70年代初陈创天等提出了晶体的非线性光学效应的阴离子 基团理论。基本思想是，晶体的非线性光学效应是一种局域化 效应，晶体中产生非线性光学效应的结构基元是阴离子基团与 A位阳离子无关。晶体的非线性光学效应是入射光波与各个阴 离子基团中的电子相互作用的结果。晶体的宏观倍频系数是阴 离子基团的微观倍频系数的几何叠加。而阴离子基团的微观倍 频系数可用基团的局域化分子轨道通过二级微扰理论进行计算。
酰胺类晶体—尿素晶体, 苯基衍生物晶体 吡啶衍生物晶体, 酮衍生物晶体
硝基苯和硝基吡啶类, 硝基杂环化合物, 施主—受主芳香族化合物, 极化烯烃类, 碳水化合物和氨基酸类
有机金属络(配)合物晶体
聚合物晶体
一、非线性光学晶体的发展概况
具有频率转换效应、电光效应和光折变效应等的晶体统 称为非线性光学晶体。
从水溶液中可很容易地生长出高光学质量、特大尺寸的 KDP晶体，它的透光波段从紫外到近红外波段，激光损伤阂 值中等，倍频阈值功率在100mW以上，并易于实现相位匹 配等优点。因此，KDP晶体是高功率激光系统中较理想的频 莘转换晶体材料。
(ii) 磷酸钛氧钾(KTiOPO)晶体，简称KTP晶体。 KTP晶体，它具有倍频系数大，透光波段宽，损伤阂值 高，转换效率高，化学稳定性好等优点。
性和Kleinman近似全对称的共同要求，只有18种点群才 有可能具有二阶非线性光学效应。
3、非线性光学晶体的经验规律 1964年，Miller提出，对于一种晶体来说，如果它的倍
频系数较高，那么它的线性光频极化率一般来说也较高， 二者的关系存在经验规律。
4、激光粉末倍频效应筛选法 1968年，Kurtz和Perry等提出了采用测定晶体粉末的
磷酸二氘钾(DKDP)晶体，采用重水(D2O)溶液缓慢降 温法生长．一直是得到广泛应用的电光晶体材料。
铌酸锂(LN)和钽酸锂(LT)晶体，采用熔体提拉法，均 生长出大尺寸晶体。这种类型的晶体主要用于光波导、声
表面波、光开关和调制器等方面。 氯化亚铜(CuCl)晶体，显著的特点是，透光波段宽(0. 4—
(3) 紫外波段的频率转换晶体 紫外波段的频率转换晶体，研究最早的是五硼酸钾
(KB5O8·H2O)晶体，但它的倍频系数甚小。70年代通过分子设 计等方法，发现了尿素[CO(NH2)2]晶体是具有优良性能的紫
外频率转换材料，但使用上也很不方便。 80年代, 科学院福建物质结构研究所，相继地发现了偏硼
20. 0μm)，主要用在10．6μlm的红外波段的调制器上。 钽铌酸钾(KtaxNb1-xO3)晶体，简称KTN晶体，它的电光
系数较大，半波电压较低，透光波段也较宽，电光调制效
应较好，是一种有发展前景的电光晶体材料。
3 、光折变晶体 利用光折变晶体只需要低功率激光，就可在室温下进行
多种不同光信号处理和运算。新颖而独特的光折变器件的 结构简单、紧凑、成本低。光折变晶体现已初步实现的效 应有；矩阵反演、光束消除、光束合并或锁定、相联存储 器、定时干涉测量、阔值检验、卷积／相关，边缘加强差 分／积分、全息存储、波长转换、光学限幅、非相干—相 干转换、光束转向控制以ห้องสมุดไป่ตู้射频信号相关等。