非线性光学晶体的研究现状
非线性光学研究进展及其应用
非线性光学研究进展及其应用随着人类对物质的深入认识，我们发现，物质所表现的性质不仅是原初的，更是与其所处的外界环境有着密不可分的联系。
在电磁场的作用下，物质可能展现出非线性效应——非线性光学现象，这种效应表现为物质的光学性质与电磁辐射的强度和频率的平方、立方等高次方有关。
这项富有前沿性和创新性的研究，给光学领域带来了巨大的成果和科学价值。
一、非线性光学研究进展早在上个世纪，非线性光学领域就得到了初步的开发和探索。
通过对物质的阻尼、非弹性、非线性形变等性质的研究，科学家们逐渐形成了对于非线性光学过程进行定量描述的理论基础。
近年来，随着计算机技术、实验设备和相关工具的发展，非线性光学领域的研究也取得了长足进展。
目前，非线性光学研究进展主要包括以下几方面：1、新的非线性材料的研制和开发非线性材料是指能够在外界电磁场作用下发生非线性效应的物质。
如作为电光晶体的锂钽酸盐晶体、作为二光子吸收染料的金属有机络合物，都是研究领域内常见的非线性光学材料。
其中，金属有机络合物具有相当优异的非线性光学性质，这主要得益于其分子内电子重新排布，引发出二阶非线性效应的激发。
2、非线性光学现象对光谱学的影响非线性光学现象是指在较高光强下出现的对于光学效应的非线性响应行为。
光强度的增加通过光子数密度的提高而实现，所以线性光学和非线性光学可以用光子的理论来解释，而非线性光学本身是一种非微扰理论。
非线性光学现象不仅能够帮助科学家们更好地认识物质的内在性质，同时对光谱学的发展也产生了关键的影响。
3、新型非线性测量技术的发展随着科学技术的不断更新和发展，实验工具和设备的发展带来了很多非线性测量技术的创新和进步，如非线性激光光谱技术、光学相干计量技术、光学超分辨率成像技术、光学热力学技术等。
在研究过程中，科学家们通过对实验过程进行精细的调控和设计，不断提升非线性光学实验技术的前沿性和先进性。
二、非线性光学应用领域1、传感领域非线性光学技术在物质特性表征、热力学分析和原位监测等方面有着广泛的应用，所以它在传感领域中也得到广泛的应用。
2024年非线性光学晶体市场规模分析
2024年非线性光学晶体市场规模分析引言随着科技的不断发展，非线性光学晶体在光学领域中扮演着重要的角色。
非线性光学晶体具有诸多优势，例如高非线性系数、宽光谱响应等，使其在激光、通信、成像等应用中有着广泛的应用前景。
本文旨在对非线性光学晶体市场规模进行全面的分析，为相关领域的从业者提供参考。
市场概述非线性光学晶体市场是一个快速发展的市场，其中包含了各种类型的晶体产品。
这些产品根据其材料、尺寸、性能等方面的差异，适用于不同的应用领域。
市场驱动因素分析技术进步和创新随着科技的不断进步和创新，非线性光学晶体的性能得到了显著的提升。
新材料的研发和制备技术的改进使得非线性光学晶体能够满足更高要求的应用。
增长应用领域需求非线性光学晶体在激光、通信、成像等领域有着广泛的应用需求。
随着这些领域的不断发展，对非线性光学晶体的需求也在逐步增加。
政策支持和投资各国政府对于光学领域的发展给予了积极的政策支持和投资。
这些政策和资金的引入，促进了非线性光学晶体市场的增长。
市场规模分析市场规模及趋势根据市场调研数据显示，非线性光学晶体市场规模逐年扩大。
预计在未来几年内，市场规模将继续保持较高的增长率。
主要产品类型分析非线性光学晶体市场的主要产品类型包括：锂钽酸盐晶体、铌酸锂晶体、KTP晶体等。
这些产品在不同领域中具有不同的应用。
区域市场分析目前，亚太地区是全球非线性光学晶体市场的主要消费地区。
同时，北美和欧洲等地也有相当规模的市场需求。
市场竞争格局非线性光学晶体市场存在一定程度的竞争。
目前，一些知名企业在市场中占据较大份额。
除了传统企业外，一些新兴企业正在加快研发和产业化进程，增加了市场竞争的强度。
市场挑战与机遇分析激烈竞争压力随着市场竞争加剧，企业面临着激烈的竞争压力。
如何提高产品质量、降低成本，成为企业面临的重要挑战。
技术创新与研发能力非线性光学晶体市场对技术创新和研发能力有着很高的要求。
企业需要不断加强技术研发和创新，以提供更具竞争力的产品和解决方案。
非线性光学晶体激光器研究
非线性光学晶体激光器研究非线性光学晶体激光器是近年来研究热点，它利用非线性效应来进行频率转换，从而实现高功率、高能量、高光束质量的激光输出。
这种激光器体积小、能量密度高，已经广泛应用于医学、环保、科学等领域。
一、非线性光学晶体激光器的基本原理非线性光学现象是指材料的光学参数（如折射率、吸收系数、偏振特性、光学色散等）随入射激光强度的增加而发生非线性变化的现象。
而晶体是一种自然产生非线性光学效应的材料，它有着克尔微效应、拉曼效应、Kerr效应、电吸收效应等多种非线性效应，其中Kerr效应和双折射现象尤其重要。
具体地，Kerr效应是指材料中电子的产生非线性极化，而双折射则是指材料的折射率随光的入射位置或方向的不同而有所变化。
基于这些非线性效应，我们可以设计出一些非线性光学元件，如倍频器、混频器、调制器、光学开关等。
而当这些元件与激光器结合起来时，就可以构成非线性光学晶体激光器。
这种激光器的基本结构包括谐振腔、被泵浦的晶体、倍频或混频晶体和输出窗口。
二、非线性光学晶体激光器的研究现状目前，关于非线性光学晶体激光器的研究主要分为三个方向：非线性晶体的研究、非线性光学器件的设计和晶体激光器的应用。
在非线性晶体的研究中，主要的问题是如何寻找具有优良非线性效应的晶体，并研究它们的光学性质和物理机制。
目前，国内外已经发现了一些具有较好非线性效应的晶体，如KTP、BiBO、LBO、BBO、PPKTP等，其中KTP和BBO应用较为广泛，LBO的晶体热学特性和光学色散更加优良，BiBO的平面相位匹配效应可达到2次倍频晶体。
在非线性光学器件的设计中，主要的问题是如何利用这些晶体构造出能够实现高效率、高稳定性的光学元件，如倍频晶体、混频晶体、光学开关和调制器等。
其中倍频晶体是应用最广泛的一种，其主要通过将红外光转化为蓝紫色光、绿色光、黄色光或紫外光等，从而得到高波长、高能量、高光束质量的激光输出。
近年来，研究者们还利用非线性晶体设计了一些新型的光学元件，如调制倍频器、光学开关倍频器、主动调Q调制器等，这些器件具有更高的效率和可靠性。
非线性光学晶体的生长与性能的研究
非线性光学晶体的生长与性能的研究随着科学技术的不断发展，新型材料的出现和应用也日渐广泛。
其中，非线性光学晶体就是一种应用广泛的新型材料。
非线性光学晶体具有很好的光学性质，可以通过改变其结构来调节其性能。
而其生长又是研究非线性光学晶体的重要一环。
今天，我们就来一起了解一下非线性光学晶体的生长与性能的研究。
一、非线性光学晶体的基本特性非线性光学晶体是一种可用于光学相关应用的单晶材料。
它们可以通过分子极化而产生电偶极矩，当光束冲击到这些分子时，它们会发生偏转，并且会分出两个互相垂直的极化光成分。
这些光成分不仅会发生偏转，还会发生相位变化，从而产生非线性效应。
非线性光学晶体的非线性光学系数非常大，比普通材料高几百倍甚至上千倍。
同时，它们还具有很好的稳定性，可以在很宽的温度和波长范围内有效工作。
二、非线性光学晶体的生长非线性光学晶体的生长是研究非线性光学晶体的重要方面。
它的主要目的是在稳定的条件下获得具有良好光学性能的单晶。
1.生长方法生长非线性光学晶体的方法有很多种，包括平衡溶液法、水热合成法、浸润法、熔融法等。
其中，平衡溶液法是目前最常用的一种方法，它可以保证得到高质量的晶体，并且可以精确地控制晶体生长的方向和形状。
2.晶体生长的控制晶体的生长过程中，应该注意控制生长速度、温度、流速、溶液浓度等因素，以便得到具有稳定性和良好光学性能的单晶。
此外，非线性光学晶体的杂质多样，杂质的存在会对晶体的生长和性能产生不同程度的影响。
因此，在晶体的生长过程中还应该注意去除多余杂质。
三、非线性光学晶体的应用非线性光学晶体在现代光学技术中有着广泛的应用。
例如，在激光技术中，非线性光学晶体可以用于倍频、混频、差频和和/差频等方式的频率转换；在通信技术中，它可以用于调制、解调和开关；在光学信息存储技术中，它可以用于超高密度光学信息存储等。
四、非线性光学晶体的发展趋势非线性光学晶体具有广泛的应用前景，随着技术的不断进步，它的性能也在不断提升。
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。
非线性光学在光子晶体中的关键技术与发展趋势分析
非线性光学在光子晶体中的关键技术与发展趋势分析非线性光学是研究光与物质相互作用时非线性效应的学科领域，主要研究光的强度、频率或波长与物质之间的相互作用。
光子晶体是一种具有周期性介电常数的光学材料，通过特殊的结构和周期性排列形成的人工晶体。
非线性光学在光子晶体中的关键技术与发展趋势是当前研究的热点之一。
一、非线性光学定律与实验准备1. 非线性效应定律：非线性光学的核心是研究光的强度与物质的相互作用，其中著名的非线性效应定律有：光学瞬态效应、光学非线性折射、光学非线性散射等。
2. 实验准备：进行非线性光学实验需要准备以下条件：(1) 光源：稳定的光源是进行实验的基础，可以选择连续激光器或脉冲激光器；(2) 介质选择：根据实验需求选择合适的介质，常用的有光纤、液体晶体、半导体等；(3) 光路设计：根据实验需求设计合理的光路，包括透镜、棱镜、分束器等光学元件；(4) 信号检测：选择适当的探测器进行信号的检测和记录。
二、非线性光学实验过程1. 器件制备：根据实验需要，在光子晶体的制备过程中引入非线性材料，可以通过混合不同的材料、掺入掺杂剂等方法来实现；2. 光源选择：选择合适的激光器作为光源，激光器的参数包括波长、功率等需要根据实验需求进行调节；3. 光路设计：设计合理的光路，使得激光照射到样品上，通过调节光路中的光学元件，如透镜、棱镜等，可以改变激光的聚焦、扩束等特性；4. 信号检测与处理：根据实验需求选择适当的探测器进行信号的检测和记录，可以使用光电探测器、光谱仪等设备进行测量与分析。
三、非线性光学实验的应用1. 全光通信：非线性光学在全光通信中的应用表现为能够将光信号进行调制、传输和解调，提高传输速率和带宽，解决光纤通信中的信号衰减和色散问题；2. 激光成像：非线性光学在激光成像中的应用主要体现在多普勒成像、光声成像等方面，可以实现高分辨率、高灵敏度的生物医学成像；3. 光子器件：非线性光学用于光子器件的制备中，如光开关、光放大器、光逻辑门等，能够实现光信号的控制和处理；4. 量子计算与量子通信：非线性光学在量子计算和量子通信中的应用表现为光量子门的实现、量子纠缠的传输等，具有快速、高效的特点。
非线性光学技术的研究进展
非线性光学技术的研究进展随着现代信息技术的迅猛发展，光学激光技术作为一种重要的技术手段，应用范围越来越广，非线性光学技术在其应用中也越发受到了人们的关注和重视。
非线性光学技术是指非线性效应将光场的频率、波长、强度、相位等参数进行耦合的现象，这种现象可用于光在介质中的传播、处理和控制。
在下面的文章中，将介绍一些近年来的非线性光学技术的研究进展。
一、超快激光技术超快激光技术是一种在极短时间内操控材料性质的技术。
通过超快激光的照射，能够使材料发生非常快速的变化。
超快激光技术的应用范围非常广泛，包括材料科学、生物医学和光电子等领域。
在材料科学领域，超快激光技术可以用于制造纳米材料和超硬材料。
在生物医学领域，超快激光技术可以用于研究生物分子的动态过程。
在光电子领域，超快激光技术可以用于制造亚毫米级别的光电子器件。
二、非线性光学图像技术非线性光学图像技术是指利用非线性光学材料产生非线性光学效应，运用两光束的相互作用原理，实现图像的成像和处理。
由于非线性光学材料在光学特性上具有许多独特的性质，所产生的光学效应不同于传统光学图像技术中的传统光学器件。
非线性光学图像技术可以用于超分辨率显微镜和高效量子密码。
在生物医学领域，该技术还可以用于生物分子的双色成像和荧光寿命成像。
三、光伏技术光伏技术是指利用光能将光能转化为电能的技术。
具体来说，光伏材料可以利用光子将电子从材料中释放出来，从而产生电流。
非线性光学技术在光伏技术中的应用就是通过调控光子在光伏材料中的传播，增强材料发生光伏效应的能力，提高光伏材料的效率。
非线性光学技术可以通过操纵材料的非线性光学性质，实现对太阳能电池的微调，并推动太阳能电池的开发与应用。
四、量子光学技术量子光学技术是利用光场的量子特性，通过非线性光学材料的偏振、频率和幅度等方式实现光子的产生、控制和检测的技术。
量子光学技术的应用范围相当广泛，包括到通信、计算等领域。
非线性光学技术在量子光学中被广泛应用，因为非线性效应可以在超短尺度和时间尺度上操作光。
非线性光学材料研究现状与应用前景
１６ 年 Ｆ ａｋ ｎ１ ９１ ｒ ｅｌ等用红宝石光束通过石英 ｎ 晶体 ， 次 观 察 到 倍 频 效 应 。 １６ 首 ９２年 Ｂｏｍｂ ｒ ｌｅ ｅ— ｇｎ等 创立 了光 波 混 频 理 论 ＿ ， 而 宣 告 了非 线 ｅ ２从 ］ 性光 学 的诞 生 。此 后众 多 的非线 性光 学 材料 也 相 应而生 。非线性光 学材料是指 一类受 外部 光场 、 电 场和应变 场 的作 用 ， 率 、 频 相位 、 幅 等 发生 变化 ， 振 从而 引起 折射率 、 吸收 、 光 光散 射等 变化 的材料 ， 它 能够进 行光波频率 转换 和光信 号处理 ， 例如 利用 混 频现象 实现对弱光 信号 的放 大 、 利用非 线性 响应 实 现光记录和运算功能等， 因此在激光 、 通讯 、 电子仪 器及 医药器材等领 域有重要 的应用价值 ＿ 。 ３ ］ 根据 组成 可将 非线 性光 学材 料分 为无 机非 线 性光 学材 料 、 有机 低分 子非 线性 光学 材料 、 分子 高 非线 性光 学 材 料 、 机 ／ 机 复 合 非 线 性 光 学 材 无 有 料 、 属有 机 非 线性 光 学 材 料 ５大类 。作 者分 别 金 介绍 了每 类材 料 的 非 光 学性 质 、 点及 各 自的不 特 足 ， 展 望 了非线 性光 学材 料 的发展 前景 。 并
用硼酸盐晶体嘲。无机非线性光学材料通常比较
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型。通过用差热分析、 ｘ射线衍射、 红外光谱研究 了 Ｃ ａ ｔ））－ Ａ２体 系 ， 在 扎 Ｃ ３ Ｂ）） ａ（ｇ ａ２ Ｆ ． Ｏ 并 ［ ａ （ （３］： ｎＣＦ ） ２：１处 得 到 了新 化 合 物 ２ ａ（ ０ ）一 （ａｅ一 Ｃａ １ ３ ３ Ｆ ， 得 其 多 晶 粉 末 倍 频 效 应 为 磷 酸 二 氢 铵 ２测 （ Ｐ 的 ２倍 ； 用 熔 盐 法 生 长 出 ５ｍｍ ×５ｍｍ ＡＤ ） 并 ×３ｍｍ 的透 明晶体 ， 到 的晶体 物 化 性 能好 ， 得 透 光 波段 宽 （９ ～ ３０ｎ ， 一 新 型 晶体 在 紫 外 １０ ５ ｍ） 这 和近 红外 区具有 良好 应用 前景 。 顾庆天［ 等克服了合成 Ｃ Ｇ Ｃ 。 １ ｓ ｅ １ 方法复杂、 步 骤 多 、原 料 利 用 率 较 低 的 缺 陷Ｅ，］ ｌｌ ，以 ｅａ Ｎａ Ｐ 、 Ｉ Ｇｅ 为 原料 ， ８ ～ ９ 搅 Ｈ２ Ｏ２ ＨＣ 和 Ｏ２ 在 ５ ０℃ 拌５ ｈ后冷却除去沉淀 ， 再将清液加热至沸后加 人 Ｃ Ｃ ， 至室 温并 重 结 晶可 得 到 白色 晶体 Ｃ — ｓ １冷 ｓ Ｇ Ｃ。收率高达 ９ 。差热分析、 ＿ ｅ１ ， ０ Ｘ 粉末衍射及 粉末倍频等测试 结果 表明 Ｃ Ｇ Ｃ。 ｓ ｅ １是在红外 区 有 巨大应用价值 的倍频材料。
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非线性光学晶体的研究现状摘要本文论述了近几年的非线性光学晶体的研究现状，重点介绍了非线性光学晶体中的两大类：无机非线性晶体和有机非线性晶体的研究现状。
关键字：非线性光学晶体；无机；有机；现状；1.引言1961年, Franken首次发现了水晶激光倍频现象。
这一现象的发现,不仅标志着非线性光学的诞生, 而且强有力地促进了非线性光学晶体材料的迅速发展。
随着非线性光学的深入研究和新型材料的不断发展, 使得非线性光学晶体材料在信息通讯、激光二极管、图像处理、光信号处理及光计算等众多领域都具有极为重要的作用和巨大的潜在应用,这些研究与应用对非线性光学晶体又提出了更多更高的物理化学性能要求, 同时许多应用也还在层出不穷地发展中,正是由于非线性光学晶体有着如此广阔的应用前景以及这些应用可能带来的光电子技术领域的重大突破,所以寻找与合成性能优异的新型非线性光学晶体一直是一个非常重要的课题,成为该领域人们关注的热点之一。
2.无机非线性光学晶体无机非线性光学晶体是人们研究得较早的非线性光学材料, 大致可分为:(1)无机盐类晶体,包括硼酸盐、磷酸盐、碘酸盐、铌酸盐、钛酸盐等盐类晶体;(2)半导体型非线性光学晶体, 如Te、Se、GaAs、ZnSe、CdGeAs2 和CdGe(As1-xP)2等。
随着激光科学与技术的不断发展,在频率转换方面,无机非线性光学晶体材料起着越来越重要的作用,下面我简单介绍几种。
(1)Cr : KTP晶体晶体磷酸钦氧钾(KITOPO4,KTP )是一种具有优良性能的非线性光学晶体,具有非线性光学系数大, 透光波段宽,化学性能稳定,耐高温等特性.现已广泛地被用于激光频率转换领域.近些年来,随着光电子技术的发展,人们对掺杂KTP型晶体进行了多方面的研究,已形成了一系列KTP晶体家族.掺入有价值的稀土离子并使其符合发光要求,可获得激光自倍频晶体.1990年,LinJT 首次简单地报道了Cr: KTP晶体实现激光自倍频运转情况.Cr : K T P 晶体的荧光发射波段为8 00-8 50n m, 可望在自倍频后转换成波长为400-425nm的蓝色激光输出.但Cr: K T P晶体对蓝光有较强的吸收, 可采用晶体的定向生长方法来加以弥补.波长800-850nm 的基频光, 远小于KTP晶体的n类位相匹配的截止波长(1000nm左右), 因此, 当Cr :KTP晶体自倍频时, 只能使用I类位相匹配,而I类相匹配的有效非线性光学数相当小.但随着对KTP晶体应用研究的深入,特别是它在光波导领域中的应用,人们已成功地研制出多种新的位相匹配技术,如准位相匹配技术,实现了高效率I类倍频转换,输出波长范围为380-480nm,效率已超过50 % /w·cm2, 这些新的应用技术的发明,为进一步研究Cr:KTP晶体的激光自倍频效应展示出广阔的应用前景。
（2）AgGaS2 和AgGaSe2 晶体AgGaS2 属于黄铜矿结构的晶体,点群42m。
其透过范围从0.53 ～12μm。
尽管它是以上提到的所有红外晶体中非线性光学参数最小的,但由于它达到550 nm的超短波透明性, 可用在Nd:YAG激光器泵浦的OPO中以及使用二氧化碳、Ti:蓝宝石、Nd:YAG与IR 染料,波长范围3-12μm的激光器的各种不同混频试验中。
它还应用于直接对抗红外系统和CO2激光器的SHG。
AgGaSe2 也属于黄铜矿结构。
具有0.73 ～18μm的透过波段范围。
它的有效传输范围是0.9 ～16 μm,当使用各种现行常用的激光器泵浦时,其相位匹配范围大的特点使其应用到OPO中具有很大潜力;当使用波长2.05μm的Ho:YLF激光器泵浦时, 波长在2.5 ～12 μm范围可调;泵浦波长1.4 ～1.55 μm时,在1.9～5.5 μm范围内可使用非临界位相匹配(NCPM)操作, 大大提高转换效率;可用于脉冲调制CO2 激光器有效二次谐波振荡。
以上两种晶体的一个缺点就是具有热膨胀的各向异性,当降温冷却时,晶体沿a轴收缩而沿c轴(或光轴)膨胀,因为CO2激光产生二次谐波(SHG)所需的位相匹配条件要求样品在[110] 面内离c轴47°角方向定位, 所以晶体的最大长度将受毛坯直径的限制。
目前, 国内四川大学材料科学系的朱世富课题组在AgGaS2 和AgGaSe2 等晶体的生长方面做了很多工作。
人们对无机非线性光学晶体在理论和应用方面已有了较深入的研究,目前已经将它们广泛用于激光倍频、电光调制、参量振荡、实时全息存贮、光计算、光数据处理等诸多领域,但多数无机非线性光学晶体或响应时间长,或制备工艺较困难,或可选择种类单一等, 总是不尽人意。
根据当前无机非线性光学晶体材料发展情况, 对新型无机非线性光学晶体不仅要求具有大的倍频系数,而且还要求它的综合性能参数好, 同时易于生成优质大尺寸体块晶体,这就需要进行大量系统而深入的研究工作。
3.有机非线性晶体3.1 有机非线性光学晶体的特点有机材料在非线性光学领域起着非常重要的作用, 在许多光电子设备上如光信息、光记忆、图像处理、谐波发生器等都需要具有大尺寸、高机械强度、大的非线性光学系数、高的激光损伤阈值、化学稳定性以及蓝绿区域透明度好的有机晶体。
有机晶体作为非线性光学材料比无机晶体具有如下优点:(1)有机分子种类和结构多样,分子可剪裁或修饰,且分子结构和晶体结构易于按器件需要进行特定的组合设计;(2)有机晶体的光学非线性可发生在非共振区, 吸收、热耗小, 具有超快的响应时间,可达飞秒量级;(3)有机晶体材料的抗光损伤阈值和非线性电极化率远大于无机晶体,高出1 ～2个数量级;(4)有机晶体的介电常数远小于无机晶体,其较低的RC时间常数可获得大的带宽(高于10GHz),在光频下工作也可明显增加了光子器件的带宽;(5)介电常数在低频和高频区域相差不大,可大大改进相位匹配。
在器件应用方面,用于倍频器件的晶体材料要求具有较大的非线性电极化率、高的抗损伤阈值和在短波长区低的吸收系数。
材料的非线性电极化率或非线性系数越大,则在较短的相位匹配长度的情况下获得的倍频效率越高。
通常有机非线性光学晶体材料比无机材料有高得多的非线性电极化率,而且倍频效应测试对材料的形状和加工过程要求相对简单, 因此与通常的无机晶体相比, 有机晶体有望在大功率激光器的高效倍频方面得到重要应用,而且就电光调制而言,有机晶体材料更具吸引力。
但有机晶体也存在难以克服的固有缺陷, 如双折射率过大、接收角太小, 加之导热系数小、熔点低、易潮解等, 因此, 要获得有使用价值的有机非线性光学晶体材料也是有一定难度的。
3.2 有机非线性光学晶体的研究现状自有机非线性光学晶体研究开始,简单有机化合物一直是其中的一个很重要的部分, 有机聚合物非线性光学材料也只是近几年发展起来的。
目前已对相当数量的有机化合物晶体进行探索研究,力求寻找性能更为优异,满足实际应用需求的新型晶体。
下表中即为最近几年探索研究的几种简单有机化合物非线性光学晶体。
表简单有机化合物非线性光学性能参数4 结论非线性光学材料是材料学科中的一个非常重要的领域, 其基本原理及器件的设计思想已基本完成,当前的关键问题应是研究与寻求性能更加理想、实用的非线性光学晶体材料。
这必将进一步推动光信息处理、光通信以及光计算等信息领域的发展, 带来巨大的社会效益和经济效益。
无机晶体是目前研究得较为成熟的一类非线性光学晶体,至今也已取得了非常显著的成绩,特别是在晶体的制备和器件的研究方面。
目前我国在紫外、深紫外非线性光学晶体KBBF、KABO等单晶制备和深紫外谐波光的产生等方面,均获得重大突破,生长出20 ×10 ×1.8mm3 的KBBF单晶和50 ×20 ×17mm3 重达30g的KABO单晶,均属于国际最高水平。
KBBF晶体的棱镜耦合技术属国际首创,已分别申请了中、美发明专利。
在KBBF 器件研究方面,创造了多项国际记录, 可以说我国在无机晶体方面的研究处于国际领先地位。
有机晶体尤其是有机聚合物明显高于一些无机和简单有机晶体的性能,引起了大家的广泛兴趣,它不仅具有良好的电光性能、优良的器件性能、低廉的价格,而且品种繁多,易于发展新的器件和产品, 这使它能够成为电光器件的一种重要的新型材料。
不过目前所使用的非线性光学晶体大部分都还是无机晶体,有用的有机非线性光学晶体还需进一步加强研究。
半有机非线性光学晶体是近年来出现的一类新材料,由于它不仅可以综合有机与无机晶体两者的优势,并且能够有效地克服聚合物体系的一些缺点, 实现功能互补,协同优化,因而将是一类很有应用前景的非线性光学材料。
从现有的非线性光学晶体材料的发展状况来看,晶体的透光波段大多只适用于从紫外-可见-近红外区波段, 近年来才开始对深紫外、红外-远红外的变频晶体、新型电光、光折变晶体有所研究,因而加强这些方面的研究、改进制备工艺等, 生长出能够实际应用的优质非线性光学晶体材料是很有必要的。
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