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1、1、线性光学：普通光场与物质相互作用，物质与光场呈线性效应关系（1）光与物质相互作用的基本理论普通光入射到介质中时，电极化强度矢量 与光场 成简单的线性关系：PEEP10（2）光与物质相互作用的基本规律E（3）光与物质相互作用的现象2、非线性光学： 强光场与物质相互作用，物质与光场呈非线性效应关系。（1）强光与物质相互作用的基本理论 强光入射到介质中时，电极化强度矢量 与光场 之间不再成简单的线性关系，而是成更一般的幂级数关系：PE 33221EEEP（2）强光与物质相互作用的基本规律E（3）光与物质相互作用的现象 在强光场与物质相互作用时，出现了非线性在强光场与物质相互作用时，出现了非线性电
2、极化效应和它引起的一些新的光学现象和光学电极化效应和它引起的一些新的光学现象和光学效应。如，倍频、和频、差频、光放大，受激散效应。如，倍频、和频、差频、光放大，受激散射、多光子吸收、自聚焦、光学双稳态等，这些射、多光子吸收、自聚焦、光学双稳态等，这些统称为非线性光学效应，研究这些效应的学科称统称为非线性光学效应，研究这些效应的学科称为非线性光学。为非线性光学。1、1961年，弗兰肯（Franken）等人，将红宝石激光器发 出的约为3kW的694.3nm光脉冲聚焦到石英晶体上，观 察到了红宝石激光的347.1nm二次谐波辐射。2、同年凯泽（Kaiser）和加勒特（Garrett）观察到激光辐 射
3、的双光子吸收，这是一种三阶非线性光学效应。3、1962年，布卢姆伯根等人对光学混频进行了开创性的理论 工作。自此以后，许多实验验证可非线性效应能引起不同频 率的光场之间能量的交换，而呈现多种新的光学现象和新的 光学效应。 二十世纪六十年代主要进行了二次谐波产生、和频、差频、二十世纪六十年代主要进行了二次谐波产生、和频、差频、双光子吸收、受激喇曼散射、受激布里渊散射、光参量振荡、自双光子吸收、受激喇曼散射、受激布里渊散射、光参量振荡、自聚焦、光子回波、自感应透明等非线性光学现象的观察和研究；聚焦、光子回波、自感应透明等非线性光学现象的观察和研究；非线性光学的发展经历了三个阶段非线性光学的发展经历
4、了三个阶段 二十世纪七十年代人们更深入地研究了上述现象，并进行二十世纪七十年代人们更深入地研究了上述现象，并进行了自旋反转受激喇曼散射、光学悬浮、消多普勒加宽、双光子了自旋反转受激喇曼散射、光学悬浮、消多普勒加宽、双光子吸收光谱技术、相干反斯托克斯喇曼光谱学、非线性光学相位吸收光谱技术、相干反斯托克斯喇曼光谱学、非线性光学相位共轭技术、光学双稳效应等非线性光学现象的研究；共轭技术、光学双稳效应等非线性光学现象的研究； 二十世纪八十年代，倍受人们注意的非线性光学新研究课二十世纪八十年代，倍受人们注意的非线性光学新研究课题是光学分叉和混沌、光的压缩态、多光子原子电离现象等。题是光学分叉和混沌、光的
5、压缩态、多光子原子电离现象等。目前非线性光学逐渐由基础研究阶段进入应用基础研究和应用目前非线性光学逐渐由基础研究阶段进入应用基础研究和应用研究阶段。研究阶段。1、激光的特点、激光的特点 激光是受激辐射，普通光源是自发辐射，这是它们的本激光是受激辐射，普通光源是自发辐射，这是它们的本质区别，因而激光具有普通光源所没有的特点：质区别，因而激光具有普通光源所没有的特点：（1）高的定向性（发散角小）高的定向性（发散角小）（2）高的单色性（高相干性）高的单色性（高相干性）（3）高亮度（高的光子简并度）高亮度（高的光子简并度）激光激光具有能动性、有效性；具有共振性和共振选择性；具有能动性、有效性；具有共振
6、性和共振选择性；高光谱分辨率；高时间分辨率；高的空间分辨率高光谱分辨率；高时间分辨率；高的空间分辨率1、强光作用下，产生非线性电极化效应的基本图像2、描述不同频率强光波在介质内相互作用的基本方程： 耦合波方程光学介质的非线性电极化效应1、电极化强度矢量P 当介质受到电场作用时，组成介质的原子或分子、离子内的束缚电子与电子荷之间的距离（相对平衡位置）发生了变化，产生感应电偶极矩，介质单位体积内的感应电偶极矩之和为介质的电极化强度矢量P。一、线性极化-+-+E2、线性极化 在弱光场作用下，介质的电极化强度矢量P与外界电场强度E成简单线性关系： EP10式中， 称为介质的电极化系数，线性电极化率。
7、10真空介电系数。（4-1）劳伦兹理论：电耦极矩产生加速度，向外辐射次波。 P以与入射光E相同的频率 随时间变化，从而根据劳伦兹理论，辐射出频率为 的次电磁波，单色光入射时频率不会发生变化。（1）当一束单色简谐光波入射到介质中时)cos(0kztEE )cos(010kztEP单色简谐波：介质内的电极化强度矢量：由麦氏方程变化的电场周围产生变化的磁场，使得向外辐射电磁波。（2）几种不同频率的光同时入射到介质中时，彼此间不发生耦合作用，也不会产生新的频率，并满足叠加原理，互不干扰。二、非线性极化二、非线性极化 在在强光场强光场作用下，介质的电极化强度矢量作用下，介质的电极化强度矢量P与外界电场强
8、度与外界电场强度E成非线性关系：成非线性关系： 332210EEEP 2式中：式中： 二次电极化率，引起二次谐波，光整流效应，二次电极化率，引起二次谐波，光整流效应， 光学混频，光参量振荡等。光学混频，光参量振荡等。 3 三次电极化率，引起三次谐波，双光子吸收，三次电极化率，引起三次谐波，双光子吸收， 四波混频，光束自聚焦，受激散射等。四波混频，光束自聚焦，受激散射等。 （4-2）对普通光辐射来说，其场强值远小于，对普通光辐射来说，其场强值远小于， 因此展开式因此展开式4-2中除第一项外，均可忽略，但对激光辐射来说，其光波场数值与中除第一项外，均可忽略，但对激光辐射来说，其光波场数值与 332
9、210EEEP 原子E12312原子E式中式中是原子内的平均场强，其量级约为是原子内的平均场强，其量级约为108伏伏/厘米左右，厘米左右，相比一般不能忽略，因此必须考虑展开式中高次相比一般不能忽略，因此必须考虑展开式中高次原子E原子E（非线性）项的贡献，由此就会有各种新光学效应的出现。（非线性）项的贡献，由此就会有各种新光学效应的出现。二次非线性效应由（4-2）式中第二项引起的：2)2(0)2(EP1、一束单色光波入射到介质中时， )cos(0kztEE设单色平面波：则 )( 2cos121)cos(20202020)2(kztEkztEP（4-3）讨论： （1）从式中可以看出，电极化强度 中
10、含有频率为 项，可以辐射出二次谐波-倍频光。 2)2(P（2）式中含有常数项，称为直流项，表示光整流效应，表明介质中存在静电场。2、两束单色光入射到非线性介质中设两单色平面波为：)cos(11011zktEE)cos(22022zktEE则 )()()2()2()0(21210201202121020120222022011201202022012022120)2(212121)()(cos)()(cos)(2cos21)(2cos21)(21)(PPPPPzkktEEzkktEEzktEzktEEEEEP（4-4）讨论：（1）从（4-4）式中可以看出，二次非线性电极化中包含了直流项 ，二次谐
11、波项 和 ，和频项 ，差频项 。)0(P)2(1P)2(2P)(21P)(21P即：（2）对于各向同性介质和具有中心对称的各向异性介质，当外加电场方向反向时，相应的电极化强度也改变符号)(EfP)( EfP 332210EEEP，上式中偶次项系数为零，因而在这样的晶体中，不存在二次非线性电极化效应。三、非线性电极化率的性质三、非线性电极化率的性质 1、在（、在（4-2）式中，非线性电极化率）式中，非线性电极化率 是入射光频率是入射光频率 的函数，也是新产生频率的函数。的函数，也是新产生频率的函数。2、各向同性介质中，、各向同性介质中， 是与方向无关的常数，在各向异性是与方向无关的常数，在各向异
12、性 介质中，介质中， 不但与入射光场不但与入射光场 的强度有关，而且与的强度有关，而且与 的方向有关，的方向有关， 是一个张量。是一个张量。PEE)1(：二阶张量，：二阶张量，)2(：三阶张量。：三阶张量。 332210EEEP极化强度矢量极化强度矢量 与入射光场与入射光场 之间的关系：之间的关系：zzyzxzzyyyxyzxyxxxzzzzzyzzxzyzzyyzyxzxzzxyzxxyzzyzyyzxyyzyyyyyxyxzyxyyxxxzzxzyxzxxyzxyyxyxxxzxxyxxxzyxEEEEEEEEEEEEEEEEEEPPP2)2(0)2(EPPE改写为：改写为：jkkjijk
13、iEEP0)2(zyxkji,，四、四、非线性介质内强光相互作用的耦合波方程非线性介质内强光相互作用的耦合波方程 1）电磁波在非线性介质内的传播方程）电磁波在非线性介质内的传播方程(波动方程波动方程) 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组 0BDtDjHtBE物质方程物质方程 EjHBPED0（4.2-1）（4.2-2）（4.2-3）（4.2-4）（4.2-5）（4.2-6）（4.2-7）0。设：非线性介质中无自由电荷设：非线性介质中无自由电荷0j无面电流无面电流BtEHtE0jtDtE对对（4.2-1）式两边取旋度：式两边取旋度：（4.2-8）将（将（4.2-6）式代入）式代入4.2-8式得到：式得
14、到：（4.2-9）将将(4.2-2)式代入式代入(4.2-9)式，并且考虑到式，并且考虑到，可得到：，可得到：（4.2-10）将将(4.2-5)式代入式代入(4.2-10)式式:22220tPtEE（4.2-11）22220tPtEE（4.2-11）EEEE220 E0=(4.2-11)式改写为：式改写为：222202tPtEE（4.2-12）NLLNLLPEPPP0（4.2-13）将（将（4.2-13）式代入（）式代入（4.2-12）式中，并应用）式中，并应用L10则（则（4.2-12）式变为：）式变为：22222tPtEENL（4.2-14）（4.2-14）电磁波在非线性介质内的波动方程）
15、电磁波在非线性介质内的波动方程 2）电磁波在非线性介质内强光相互作用的耦合波方程）电磁波在非线性介质内强光相互作用的耦合波方程 和电极化强度矢量和电极化强度矢量设相互作用的光波为沿设相互作用的光波为沿 z 方向传播波方向传播波光波场光波场作傅立叶变换作傅立叶变换.exp,21,cctzkizEtzEnnnn.exp,21,cctzkizPtzPnnnnNL（ ）n.exp,cctzkizEnnn.exp,cctzkizPnnn将频率为将频率为的光波分量的光波分量和电极化强度分量和电极化强度分量代入光波在非线性介质中传播的波动方程代入光波在非线性介质中传播的波动方程 (4.2-14) 式中，式中
16、，22222tPtEENL(4.2-14) 02222222222nnnnnnnnnnnPdtPdidtPddtEdidtEddzEdkidzEd（4.2-15）（4.2-15）电磁波在非线性介质内的耦合波方程 1. 稳态三波耦合波方程组稳态三波耦合波方程组 光波为单色平面波，稳态光波为单色平面波，稳态: 光波的振幅不随时间变化。光波的振幅不随时间变化。3）二次非线性效应中的三波耦合方程组）二次非线性效应中的三波耦合方程组 设：三束光波为：设：三束光波为： .exp21,1111cctzkizEtzE .exp21,2222cctzkizEtzE .exp21,3333cctzkizEtzE（
17、4.2-16）2321)2(2)2(0)2()(EEEEP电极化强度：电极化强度：（4.2-17）将（将（4.2-16）和（）和（4.2-17）代入耦合波方程（）代入耦合波方程（4.2-15）式中，式中，02222222222nnnnnnnnnnnPdtPdidtPddtEdidtEddzEdkidzEd（4.2-15）设：设：213，321kkkk由于是稳态，由于是稳态，0t，且忽略，且忽略022z由对应项系数相等，得：由对应项系数相等，得： kziEEckidzEdkziEEckidzEdkziEEckidzEdexpexpexp21223233*13222222*23221211（4.2
18、-18）（4.2-18）非线性介质内稳态三波耦合波方程）非线性介质内稳态三波耦合波方程 非线性介质内三波相互作非线性介质内三波相互作用过程中，某频率的光波用过程中，某频率的光波随传播距离的变化率，是随传播距离的变化率，是另外两个光波场强的函数，另外两个光波场强的函数，即不同光波在非线性介质即不同光波在非线性介质中，会发生能量相互转移，中，会发生能量相互转移，这种能量的相互转移是通这种能量的相互转移是通过非线性介质的非线性电过非线性介质的非线性电极化率来耦合的。极化率来耦合的。2. 瞬态三波耦合波方程组瞬态三波耦合波方程组 当参与非线性光学过程的激光脉冲为超短脉冲（脉冲当参与非线性光学过程的激光
19、脉冲为超短脉冲（脉冲宽度小于宽度小于0.1ns）时，必须考虑光波场振幅随时间）时，必须考虑光波场振幅随时间 t 的变化。的变化。 设：沿设：沿z方向传播的均匀平面波各光波场表示为：方向传播的均匀平面波各光波场表示为：3, 2, 1,.exp,21,1ncctzkitzEtzEnnn（4.2-19）2321)2(2)2()2()(EEEEP（4.2-17）这里，我们仍作慢变化近似，即假定每个频率分量的这里，我们仍作慢变化近似，即假定每个频率分量的光波场振幅光波场振幅将（将（4.2-19）和（）和（4.2-17）代入耦合波方程（）代入耦合波方程（4.2-15）式）式中，中，tzEn,tzPn,22
20、zE22tE和非线性极化强度矢量和非线性极化强度矢量都是坐标都是坐标 z 和时间和时间 t 的慢变化函数，的慢变化函数，和和并忽略并忽略 kziEEckidtEdudzEdkziEEckidtEdudzEdkziEEckidtEdudzEdexp1exp1exp12122323333*1322222222*2322121111（4.2-20）（4.2-20）非线性介质内瞬态三波耦合波方程）非线性介质内瞬态三波耦合波方程 kziEEckidzEdkziEEckidzEdkziEEckidzEdexpexpexp21223233*13222222*23221211（4.2-18）五、门雷五、门雷-
21、罗威（罗威（Manley-Rove）关系）关系 非线性耦合作用会引起光波之间的能量转移，就可以从非线性耦合作用会引起光波之间的能量转移，就可以从能流或光子的角度来分析耦合波方程组的物理意义。能流或光子的角度来分析耦合波方程组的物理意义。,1*1dzEdE由稳态耦合波方程组由稳态耦合波方程组 (4.2-18) ,2*2dzEdE,*33dzEdE得到：得到： kziEEckidzEdkziEEckidzEdkziEEckidzEdexpexpexp21223233*13222222*23221211dzEdEkdzEdEkdzEdEk*3*32332*22221*1211（4.2-21）,*11
22、dzEdE得到：得到：,*22dzEdE,3*3dzEdEdzEdEkdzEdEkdzEdEk3*3233*22222*11211（4.2-22）将（将（4.2-21）+（4.2-22）得到：）得到：dzSddzSddzSd332211111（4.2-23）其中：其中：*2EEkSS是坡印亭矢量，表示能流密度在一周期内的平均值。是坡印亭矢量，表示能流密度在一周期内的平均值。4.2-23式为门雷式为门雷-罗威关系式。说明在与传播方向垂直的平面上，罗威关系式。说明在与传播方向垂直的平面上， 光子流密度的增加量等于光子流密度的增加量等于 光子能流密度的增加量，也等于光子能流密度的增加量，也等于 光光
23、子能流密度的减少量；在无损耗非线性介质内的三波耦合过程中，每子能流密度的减少量；在无损耗非线性介质内的三波耦合过程中，每产生一个产生一个 光子，必定同时产生一个光子，必定同时产生一个 光子，同时湮灭一个光子，同时湮灭一个 光光子；或反之，一个子；或反之，一个 光子和一个光子和一个 光子合成一个光子合成一个 光子；或一光子；或一个个 光子分裂为一个光子分裂为一个 光子和一个光子和一个 光子。亦即在流过垂直于光子。亦即在流过垂直于传播方向的平面上的总能流密度保持不变，即能量守恒。传播方向的平面上的总能流密度保持不变，即能量守恒。123312123312（1 1）19611961年弗兰肯等人用红宝石
24、激光通过石英晶体得到倍频光年弗兰肯等人用红宝石激光通过石英晶体得到倍频光 （2 2）19611961年和年和19631963年人们又观察到了两束激光之间的混频现象年人们又观察到了两束激光之间的混频现象 （3 3）乔特迈和马克尔等人提出了相位匹配技术，使光学倍频、混）乔特迈和马克尔等人提出了相位匹配技术，使光学倍频、混频技术得到飞跃的发展，成为激光技术中频率转换的重要手段。频技术得到飞跃的发展，成为激光技术中频率转换的重要手段。 （4 4）1.0641.064 m的的 YAG YAG 激光转换成波长为激光转换成波长为 0.5320.532 m的绿激光，的绿激光，再倍频，得到波长再倍频，得到波长0
25、.2660.266 m的紫外激光。的紫外激光。1.0641.064 m,0.532,0.532 m和和0.2660.266 m的激光混频可获得的激光混频可获得0.3530.353 m的三次谐波和的三次谐波和 0.2120.212 m的的五次谐波激光。五次谐波激光。 （5 5）这些波段的激光，可用于激光医学、海洋探潜、核聚变等，）这些波段的激光，可用于激光医学、海洋探潜、核聚变等，还可作为可调谐染料激光器、掺钛蓝宝石激光器、光参量振荡器和还可作为可调谐染料激光器、掺钛蓝宝石激光器、光参量振荡器和受激喇曼散射激光器的泵浦源。受激喇曼散射激光器的泵浦源。 倍频光的产生及转换效率倍频光的产生及转换效率
26、1）倍频光的产生）倍频光的产生在稳态三波耦合方程组（在稳态三波耦合方程组（4.2-18）中，作小信号近似，即）中，作小信号近似，即认为在倍频过程中，频率为认为在倍频过程中，频率为 和和 的光波场强的光波场强 和和 的改变量足够小，可看作常数，则稳态三波耦合方程组的改变量足够小，可看作常数，则稳态三波耦合方程组（4.2-18） 式只有关于频率为式只有关于频率为 的光波方程：的光波方程：211E2E3 kziEEckidzEdexp21223233（4.3-1）设：非线性介质长为设：非线性介质长为L L，在介质的入射面，在介质的入射面 处处 。0z03E对（对（4.3-14.3-1）式积分有：）式
27、积分有： 1expexpexp212232302122323021223233kLiEEckkdzkziEEckidzkziEEckiELLcncnncTk333333332/22（4.3-2）（4.3-3） 1exp212333kLiEEcknE（4.3-4）频率为频率为 的光强为：的光强为：3222212223223*33322sin kLkLEEcnLEEI（4.3-5）（4.3-54.3-5）式是和频过程的光强，以）式是和频过程的光强，以 代替代替 得差频光强，得差频光强， 22倍频光强倍频光强 为为 当当 ， 时，即为倍频过程，时，即为倍频过程，其中频率其中频率 称为基频，相应的光波
28、称为基波；频率为称为基频，相应的光波称为基波；频率为 的的光波称为倍频波。光波称为倍频波。212322I24222222222sin4kLkLEcnLI（4.3-6） 2 2）倍频转换效率）倍频转换效率 倍频效率倍频效率 为倍频光强为倍频光强 与基波光强与基波光强 之比，之比，2I22222222222sin4kLkLEcnLII（4.3-7）2221EEII3 3）相位匹配）相位匹配 由（由（4.3-74.3-7）式可知，当）式可知，当0k时，时， 222sinkLkL有最大值有最大值1 1，这时倍频转换效率最大，这时倍频转换效率最大， 称为相位匹配称为相位匹配 0k0k称为相位失配称为相位
29、失配 相位匹配的物理图像相位匹配的物理图像 由（由（4.3-14.3-1式）：式）： kziEEckidzEdexp21223233 dzkziEEckiEdexp21223233（4.4-1）3EdNLP2是非线性极化强度是非线性极化强度表征的频率为表征的频率为的非线性的非线性偶极子向外辐射的倍频电磁波。偶极子向外辐射的倍频电磁波。 由（由（4.4-14.4-1）式看出，倍频光波的位相）式看出，倍频光波的位相 与非线性介与非线性介质的空间坐标质的空间坐标 有关，不同有关，不同 处的频率为处的频率为 的非线性偶极子的非线性偶极子辐射的倍频光波位相不同。辐射的倍频光波位相不同。 kziexpzz
30、2 当当 时，倍频光波的位相时，倍频光波的位相 与与 无关，也就是说，不同无关，也就是说，不同 处产生的倍频光波位相相同，处产生的倍频光波位相相同，它们之间的相干叠加，这时倍频光最强，倍频光的转换它们之间的相干叠加，这时倍频光最强，倍频光的转换效率也最大。效率也最大。0kkziexpzz相位匹配方法相位匹配方法0213213kkkkkk由由132kk （4.4-2）（ 4.4-3）cncnnTck2/2213nn （ 4.4-4）)()2(13nn)()2(13nn讨论：讨论： （1 1）基频光波和倍频光波的折射率相等。）基频光波和倍频光波的折射率相等。 （2 2）光学介质存在着不同程度的折射
31、率随频率或波长而变光学介质存在着不同程度的折射率随频率或波长而变 的色散效应，的色散效应， 越高，越高， 越大即越大即 n)()2(13nn（3 3）在）在各向异性晶体中，利用晶体的双折射效应，可实现相各向异性晶体中，利用晶体的双折射效应，可实现相 位匹配条件。位匹配条件。 具体说，具体说，O O光折射率与光场的振动方向无关是一常数，光折射率与光场的振动方向无关是一常数，e e光折射率与光场振动方向有关，选择适当的入射光的振动光折射率与光场振动方向有关，选择适当的入射光的振动方向，可以实现相位匹配条件。方向，可以实现相位匹配条件。因此在均匀晶体中，不可能实现倍频的匹配条件。因此在均匀晶体中，不
32、可能实现倍频的匹配条件。（ 4.4-4）相位匹配方式相位匹配方式1、第、第类相位匹配方式：类相位匹配方式： （1 1）选用负单轴晶体）选用负单轴晶体eonn 使基频光为使基频光为o o光偏振态，倍频光为光偏振态，倍频光为e e光偏振态光偏振态)()2(oenneoo（2 2）选用正单轴晶体）选用正单轴晶体eonn 使基频光为使基频光为e e光偏振态，倍频光为光偏振态，倍频光为o o光偏振态光偏振态)()2(eonnoee2、第、第 类相位匹配方式：类相位匹配方式： （1 1）选用负单轴晶体）选用负单轴晶体eonn )()(21)2(eoennn（2 2）选用正单轴晶体）选用正单轴晶体eonn
33、使基频光为使基频光为 光和光和 光偏振态，倍频光为光偏振态，倍频光为 光光偏振态使得：偏振态使得：)(on)(en)2 (eneeo使基频光为使基频光为 光和光和 光偏振态，倍频光为光偏振态，倍频光为 光光偏振态使得：偏振态使得：)2 (o)(on)(en)()(21)2(eoonnnoeo光参量振荡OPO是波长可调谐的相干光光源。能将一个频率的激光转换为信号和空闲频率的相干输出，而且，可以在一个很宽的频率范围内实现调谐，是可调谐激光产生的重要手段之一。光参量振荡是目前产生大范围连续可调波长（波长从红外到可见光甚至紫外光）激光的唯一方法。光学参量振荡器(OPO)作为一种宽调谐相干光源，克服了固
34、体和气体激光器输出波长的局限性，能够产生从紫外到远红外激光。一束频率和强度比较高的激光束与一束频率及强度较低得光束同时通过非线性介质，结果是信号波获得放大，同时还产生出第三束光波（称为空闲波）。八、八、 非线性光学晶体材料非线性光学晶体材料一、概述一、概述1.激光频率转换(变频晶体)(1)红外波段频率转换晶体黄铜矿结构型晶体: AgGaS2; AgGaSe2; CdGeAs2 等特点: 非线性光学系数很大, 但能量转换效率不高，受晶体光学质量和尺寸大小的限制，得不到广泛应用。( (2)2)从可见光到红外波段的频率转换晶体从可见光到红外波段的频率转换晶体磷酸盐磷酸盐: : 磷酸二氢钾磷酸二氢钾(
35、KDP)(KDP)结构型晶体和磷酸钛氧结构型晶体和磷酸钛氧钾钾(KTP)(KTP)型晶体型晶体KDPKDP特点特点: : 具有优良的压电、电光和频率转换性能具有优良的压电、电光和频率转换性能, , 易生长易生长, , 得到广泛应用得到广泛应用. .KTPKTP特点特点: : 频率转换的频率转换的”全能冠军全能冠军”材料材料碘酸盐晶体碘酸盐晶体: : - -碘酸锂碘酸锂; ; 碘酸碘酸; ; 碘酸钾等碘酸钾等铌酸盐晶体铌酸盐晶体: : 铌酸锂铌酸锂; ; 铌酸钾铌酸钾; ; 铌酸锶钡铌酸锶钡等等(3)紫外波段的频率转换晶体偏硼酸钡(BBO)晶体: 倍频系数大, 倍频阈值功率高, 能在较宽的波段内
36、实现相位匹配, 激光损伤阈值高, 物理化学性能稳定.三硼酸锂(LBO)晶体: 透光波段宽, 非线性光学系数大, 激光损伤阈值最高的非线性光学晶体材料.LAP晶体: 非线性光学系数大, 紫外三倍频和四倍频转换效率高, 可制多频率转换器.2. 2. 电光晶体电光晶体磷酸二氘钾磷酸二氘钾; ; 铌酸锂铌酸锂; ; 钽酸锂钽酸锂; ; 氯化亚铜等氯化亚铜等特点特点: : 能满足综合性能要求的晶体很少能满足综合性能要求的晶体很少, , 有待于进有待于进一步探索新型晶体一步探索新型晶体. .3. 3. 光折变晶体光折变晶体钛酸钡钛酸钡; ; 铌酸钾铌酸钾; ; 铌酸锂等铌酸锂等特点特点: : 仍需要寻找具
37、有光折变灵敏度高仍需要寻找具有光折变灵敏度高, , 响应速度快响应速度快, , 衍射效率高等特点的新型光折变晶体材料衍射效率高等特点的新型光折变晶体材料. .二、非线性光学晶体应具备的性能(一)大的非线性光学系数(二)适当的双折射率, 能够在应用的波段区域内实现相位匹配, 而且相位匹配的角度宽容度和温度宽容度要大, 如果能够实现非临界相位匹配或通过温度调谐等方法实现非临界相位匹配则更好.(三)足够高的抗光损伤阈值.(四)良好的化学稳定性, 不易风化, 不易潮解, 在较宽的温度范围内无相变, 不分解, 以保证能在没有特殊保护的条件下长期使用. 良好的力学性能使晶体易于切割抛磨, 镀覆各种光学膜层,制作各种实用器件, 也是十分重要的.
