非线性光学材料小结讲解
非线性光学材料的探索与应用
非线性光学材料的探索与应用第一章简介非线性光学材料是光学材料中一类特殊的材料，它们可以在外加光强较大的情况下产生非线性效应，比如频宽扩展、二次谐波发生、三次谐波发生等。
这种效应在光通信、光存储、激光技术、生物医学等多个领域有着广泛的应用。
本文将介绍非线性光学材料的探索和应用。
第二章非线性光学材料的探索非线性光学效应是光与物质相互作用的结果。
其中，分子的电子极化是实现非线性光学效应的主要内部机制。
为了实现这种效应，可以采取多样的方法。
最常见的方法是利用真空基的激光照射材料，或是将分子置于外电场下等。
非线性光学材料主要有有机和无机两类。
有机非线性光学材料是由有机物质构成的，其中，又以分子晶体、聚合物和液晶为主。
这类材料溶解度大，易于成膜，可在激光器等光学器件中得到广泛应用。
无机非线性光学材料则是由无机物质构成的，一般具有较高的坚硬度，其应用主要在高功率激光器中。
第三章非线性光学材料的应用（一）通信在通信领域，由于高速通信所需的频宽较大，传统的线性透光率材料已经不能满足需求。
非线性光学材料的出现弥补了这一缺陷。
可以利用非线性光学材料使单个光的频率扩展到频宽，从而提高通信速率。
同时，利用非线性光学效应还可以实现增强和调节光的强度，使其在通信系统中的局部能量目标更准确地到达目的地。
（二）生物医学在生物医学领域，非线性光学材料可以作为分子成像的标记，来定位和检测体内某些分子目标。
在这个过程中，以激光作为光源，利用其经过非线性光学材料后生成的二次谐波或三次谐波，可以将样品中的某些蛋白、细胞等成像出来。
这种技术在早期癌症的诊断中有很大的应用前景。
（三）光储存非线性光学材料在储存领域也有着广泛的应用。
例如，利用双光子吸收效应可以实现信息的写入，而利用二次谐波效应则可以实现读取。
这种技术在信息存储中有着广泛的应用。
（四）高频微波非线性光学材料还可以用于高频微波的产生。
利用非线性光学材料的三次谐波产生技术可以实现光到微波的相互转换，从而实现高频微波的产生。
光学材料中的非线性光学特性分析
光学材料中的非线性光学特性分析光学材料是指能够对光进行控制、调节以及产生新的光学效应的材料。
非线性光学特性是光学材料中一种重要的现象，其研究在光通信、激光技术、光信息处理等领域具有广泛的应用价值。
本文将对光学材料中的非线性光学特性进行分析，探讨其机理以及应用前景。
1. 非线性光学特性简介非线性光学特性是指当光与光学材料相互作用时，产生的光学效应与入射光强度不呈线性关系的现象。
与线性光学特性不同，非线性光学特性由于其强度依赖关系的非线性性质，使得光学材料在应用中具有更加丰富的功能和效果。
常见的非线性光学效应包括二次谐波发生、和频与差频发生、自聚焦、自相位调制等。
2. 非线性光学效应的机理非线性光学效应的产生是由于光照射到光学材料中的原子或分子后，其能级结构发生变化并引发非线性相互作用。
比如，二次谐波发生是由于材料的非线性极化率产生了非线性响应，将入射的光分解为频率为二倍的新光。
自聚焦效应是由于材料的光折射率与光强度的关系非线性，使得光束在传播过程中自动聚焦。
3. 光学材料中的非线性光学特性研究方法为了研究和应用光学材料中的非线性光学特性，科学家们发展了多种实验方法。
其中，著名的方法包括Z-scan技术、功率扭曲、相位匹配等。
Z-scan技术可测量材料的非线性吸收和折射率，并通过测量传播动力学过程来分析非线性效应。
功率扭曲实验通过改变光束强度来研究材料的非线性响应。
相位匹配为材料中的非线性效应提供了最佳的相位条件，以增强非线性光学效应。
4. 非线性光学特性在光通信中的应用非线性光学特性在光通信中具有重要的应用价值。
比如，光纤通信中信号调制和光时钟的生成都离不开非线性光学效应。
非线性光学特性还可用于光通信中的光放大器、光开关和光限幅器等器件的设计和制造。
利用非线性光学特性，还可以实现光通信中的非线性光调制和光波混频等功能。
5. 非线性光学特性在激光技术中的应用非线性光学特性在激光技术中有着广泛的应用。
光学材料的非线性光学性质研究
光学材料的非线性光学性质研究近年来，光学材料的研究逐渐受到人们的关注。
光学材料的非线性光学性质尤其引人瞩目。
非线性光学是一门研究光与物质相互作用中非线性效应的学科。
它不仅可以应用于光通信、光储存等领域，还有望为实现光子芯片、量子计算等科技的发展提供重要支持。
光学材料的非线性光学性质在很大程度上取决于材料的结构和成分。
常见的非线性光学材料包括铁电材料、有机非线性光学材料和半导体材料等。
这些材料在受光激发下，其极化程度与电场强度之间的关系不满足线性比例关系，而是表现出非线性响应。
这种非线性响应一般包括二次非线性效应和三次非线性效应。
在二次非线性效应中，最重要的是二次谐波发生（SHG）效应。
当材料受到强光激发时，会产生频率是激发频率的二倍的光波。
这种效应通常发生在非中心对称的晶体中，如氧化锂铌酸锂晶体。
氧化锂铌酸锂晶体是目前应用最广泛的非线性光学材料之一，具有优异的非线性光学性能和较高的光学质量。
除了二次谐波发生效应外，三次非线性效应也是非线性光学的重要现象之一。
其中，自聚焦效应和自相位调制效应是最为重要的。
自聚焦效应是指在介质中传播的激光束，由于光场的强度分布不均匀而导致的光束自聚焦现象。
而自相位调制效应是指光波在介质中传播时，由于材料的非线性响应导致光波的相位发生变化，进而影响光的传输特性。
近年来，有机非线性光学材料也逐渐引起人们的关注。
有机非线性光学材料具有较高的非线性极化率、快速的响应速度以及低的非线性损耗，适用于超快光学器件的制备。
目前，有机非线性光学材料的研究重点主要在于提高其耐久性和稳定性，以满足实际应用的需求。
此外，半导体材料在非线性光学领域也有很大的应用潜力。
半导体材料的非线性光学性质主要通过外加电场对电子结构的调控来实现。
由于半导体材料具有较高的饱和吸收系数和较快的自发发光寿命，因此在光信息处理、光存储和光电子学等方面具有广泛的应用前景。
综上所述，光学材料的非线性光学性质对于光学器件的设计和应用具有重要意义。
(完整版)非线性光学材料小结
非线性光学材料一、概述20 世纪60 年代, Franken 等人用红宝石激光束通过石英晶体,首次观察到倍频效应,从而宣告了非线性光学的诞生，非线性光学材料也随之产生。
定义：可以产生非线性光学效应的介质（一）、非线性光学效应当激光这样的强光在介质传播时，出现光的相位、频率、强度、或是其他一些传播特性都发生变化，而且这些变化与入射光的强度相关。
物质在电磁场的作用下,原子的正、负电荷中心会发生迁移,即发生极化,产生一诱导偶极矩p 。
在光强度不是很高时,分子的诱导偶极矩p 线性正比于光的电场强度E。
然而,当光强足够大如激光时,会产生非经典光学的频率、相位、偏振和其它传输性质变化的新电磁场。
分子诱导偶极矩p 就变成电场强度E 的非线性函数,如下表示:p = α E + β E2 + γ E3 + ⋯⋯式中α为分子的微观线性极化率;β为一阶分子超极化率(二阶效应) ,γ为二阶分子超极化率(三阶效应) 。
即基于电场强度E 的n 次幂所诱导的电极化效应就称之为n 阶非线性光学效应。
对宏观介质来说,p = x (1) E + x(2) E2 + x (3)E3 + ⋯⋯其中x (1) 、x(2) 、x(3) ⋯⋯类似于α、β、γ⋯⋯,表示介质的一阶、二阶、三阶等n 阶非线性系数。
因此,一种好的非线性光学材料应是易极化的、具有非对称的电荷分布的、具有大的π电子共轭体系的、非中心对称的分子构成的材料。
另外,在工作波长可实现相位匹配,有较高的功率破环阈值,宽的透过能力,材料的光学完整性、均匀性、硬度及化学稳定性好,易于进行各种机械、光学加工也是必需的。
易于生产、价格便宜等也是应当考虑的因素。
目前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。
常见非线性光学现象有：①光学整流。
E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。
②产生高次谐波。
有机非线性光学材料
有机非线性光学材料杨韶辉摘要:该文简要介绍非线性光学材料及其特性，阐述了有机非线性光学材料的分类及其应用，着重对各类有机低分子非线性光学材料进行分类讨论。
关键词:有机非线性光学材料，有机低分子非线性光学材料一、非线性光学材料概述[1] 1961年,Franken首次发现了若干材料的激光倍频现象。
因非线性光学的发展与激光技术的发展密切相关,故这种现象的发现,不仅标志着非线性光学的诞生,而且强有力地推动了非线性光学材料科学的发展。
科技工作者之所以对非线性光学感兴趣,主要有以下原因:可利用非线性光学效应做成某种器件,例如变频器,从而有可能提供从远红外到亚毫米波、从真空紫外到X射线的各种波段的相干光源;由于某些非线性光学效应,例如双光子吸收、受激喇曼散射等,会引起入射到介质中的光束的衰减,从而限制了通过介质的光通量,又如自聚焦现象会引起入射光束的畸变,强度太强时,甚至会导致介质的不可逆损伤,这就从实际向人们提出了急需解决的问题;由于非线性光学效应是通过强激光与组成非线性介质的原子或分子的相互作用体现的,因而非线性光学现象是获得这些原子或分子的微观性质信息的一种手段。
正因非线性光学的诸多特性,使人们对具此类特性的材料研究日益深化,并正不断地被应用到光通信技术等各个方面。
尤其多年来对有机材料的非线性光学特性研究,为其应用提供了理论依据,如酞菁类化合物,它的非线性系数高、响应快、光损伤阈值高和化学稳定等特性,[2,3]因而有着无法估量的非线性光学应用前景。
在线性光学范围内,描述电磁辐射在介质中传播规律的麦克斯韦方程组是一组线性的微分方程,它们只包括场强矢量的一次项。
当单一频率的辐射入射到非吸收介质时,除喇曼散射外,其频率是不会发生变化的。
如果不同频率的光同时入射到介质时,它们彼此之间不产生耦合,不可能产生新的频率,若以数学形式表示时,具有线性的关系。
但在激光出现后,介质在强激光作用下产生的电极化强度P与入射辐射强度E的关系,不是简单的线性关系。
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。
非线性光学知识点总结
非线性光学知识点总结1. 非线性光学基础知识1.1 非线性极化在非线性光学中，光在介质中的传播会引起介质极化现象。
通常情况下，介质的极化与光场的电场强度成正比。
在非线性光学中，介质的极化与光场的电场强度不再呈线性关系，而是存在非线性极化效应。
非线性极化效应包括二阶非线性极化、三阶非线性极化等。
1.2 介质的非线性光学特性介质的非线性光学特性通常由介质的非线性极化特性决定。
不同类型的介质具有不同的非线性极化特性，如各向同性介质、各向异性介质、非晶介质等。
介质的非线性光学特性对于光的强度、频率、极化方向等都有影响。
2. 非线性光学效应2.1 二次谐波产生二次谐波产生是一种光学非线性效应，它是指当一个介质中的光场具有足够强的非线性极化能力时，光会发生频率加倍的现象。
这种效应通常用于频率加倍和广谱显示等光学应用。
2.2 自聚焦效应自聚焦效应是一种非线性光学效应，它是指在介质中传播的光束因介质本身的非线性光学特性而产生自聚焦的现象。
自聚焦效应可用于激光聚焦、钻孔加工等应用。
2.3 自相位调制效应自相位调制效应是一种光学非线性效应，它是指光在介质中传播时，介质的非线性光学特性引起了光场相位的调制现象。
自相位调制效应对于光信息处理、光通信等领域具有重要意义。
3. 非线性光学器件3.1 光学双折射晶体光学双折射晶体是一种常用的非线性光学器件，它具有很强的非线性极化特性，可用于二次谐波发生、自聚焦等应用。
3.2 光学相位共轭镜光学相位共轭镜是一种利用光学非线性效应实现的器件，它可以实现光的自相位调制、波前修正等功能，可应用于激光稳频、激光通信系统等领域。
3.3 光学非线性晶体光学非线性晶体是一种常用的非线性光学器件，它具有很强的非线性极化特性，可用于二次谐波发生、频率加倍、光学调制等应用。
4. 非线性光学应用4.1 激光频率加倍激光频率加倍是一种常用的非线性光学应用，它可以实现激光的频率加倍，从而获得更高的激光频率。
光学玻璃材料的非线性光学性能分析
光学玻璃材料的非线性光学性能分析光学玻璃材料在现代光学领域起着至关重要的作用。
它们具有广泛的应用，如光通信、激光技术、光储存等。
然而，随着科技的发展，对光学材料的要求也越来越高。
而光学玻璃材料的非线性光学性能正是其中的一大关键。
非线性光学性能是指材料在电磁波作用下，出现非线性响应的能力。
简单来说，就是材料对于激光光束的响应不仅与光的强度有关，还与光的频率和相位等其他因素有关。
这种非线性响应可以通过非线性光学效应来描述，主要包括二次非线性效应、三次非线性效应、四次非线性效应等。
首先，让我们来看看二次非线性效应，这种效应是指材料在光场的作用下，能够生成频率加倍的二次谐波。
与线性材料只能发生一次频率变化不同，非线性材料能够将激光光束的频率扩展到二次倍频。
这对光学器件的设计和实际应用非常重要，比如在激光显示技术中，使用二次非线性效应可以将激光光束的频率提高，使得显示效果更加清晰。
其次，三次非线性效应是非线性光学性能中的另一个重要方面。
三次非线性效应具有很多种类，如自相位调制（Self-Phase Modulation, SPM）、双光子吸收（Two-Photon Absorption, TPA）等。
自相位调制是指光波在通过材料时，由于介质的非线性响应，光的相位随光的强度而改变。
这种效应可以用于光信号处理、光学数据传输等领域。
双光子吸收是指材料在双光子的作用下发生吸收，这种效应在生物医学成像、光谱学等领域有广泛应用。
最后，我们来介绍一下四次非线性效应。
四次非线性效应在非线性光学中相对较弱，但是它对于光学材料的非线性性能也有一定的影响。
比如四次非线性折射效应能够影响光波在介质中的传播速度和路径，而产生自聚焦、自遏制效应。
这种效应在激光聚焦、光信息处理等方面有着广泛的应用。
综上所述，光学玻璃材料的非线性光学性能是当今光学研究的重要热点。
通过对材料的非线性响应进行分析和控制，可以实现更高效、更精确的光学器件设计。
非线性光学材料的制备与性能研究
非线性光学材料的制备与性能研究在现代科技领域，非线性光学材料是一种十分重要的材料。
它不仅可以被应用于光学通信技术中，还可以用于制造激光器、光纤传输系统以及不同类型的光电器件。
在这篇文章中，将探讨非线性光学材料的制备与性能研究，以及它们在一系列应用中的作用。
一、非线性光学材料的简述在光学中，线性光学材料是指当某个光波通过该材料时，会受到物理性质不变的影响。
然而，非线性光学材料却不同。
它们的物理性质会受到来自于光强度的二次和三次电场影响而发生变化。
这些改变会使得光的传播速度、相位以及极化方向等发生变化。
这种非线性的物理性质就使得非线性光学材料在传感和光学通信系统中得到广泛应用。
二、非线性光学材料的制备非线性光学材料的主要制备方法是采用化学合成法。
其中，聚合物材料是一种重要的非线性光学材料。
它们是基于合成聚合物分子的分子结构来设计的。
这些聚合物材料因为具有较大的分子极化率以及易于处理的特性，大量得应用在非线性光学器件中。
这些聚合物材料不仅能满足设备的高性能要求，而且可以被制作成大型的薄膜。
除了聚合物材料，还有其他种类的非线性光学材料可以被制备出来。
其中，主要包括非常规的低维量子结构以及气相中的非线性材料。
这些非线性材料具有高线性束缚能力，使得它们的光学性质可以控制，且可以通过特殊的加工工艺使其得到优化。
三、非线性光学材料的性能研究非线性光学材料的性能研究是实现其在设备中高效使用的关键。
在研究过程中，需要对光学特性进行精细地测量和分析。
这些特性包括光学吸收、荧光、二次谐波产生、电极型谐波产生、电光调制等。
要对这些特性进行精确测量，需要使用实验设备和技术的帮助。
非线性光学材料的性能研究还包括光学微结构相互作用的研究。
通过研究微结构与非线性光学材料相互作用的方法，可以实现对光学波的精细控制。
例如，在二光子吸收中，通过将光波引导至非线性材料表面，可以获得明显增强效应。
四、非线性光学材料的应用非线性光学材料在现代科技领域中有着广泛的应用。
光学材料中的非线性光学效应研究
光学材料中的非线性光学效应研究光学材料是指能够与光进行相互作用的材料，其性能对于光学器件和光学通信等领域的发展至关重要。
在光学材料中，非线性光学效应是一种重要的现象，它可以使光的传输和调控具有更多的灵活性和功能性。
非线性光学效应是指光在材料中传播时，与光场的强度非线性相关，即光的响应不仅与入射光的强度有关，还与光的强度的高次方或高次幂相关。
这种非线性关系使得光学材料在光学器件中具有更加复杂和多样的光学特性。
在非线性光学材料中，最常见的非线性效应是二次谐波发生、和频和差频发生以及自聚焦效应等。
二次谐波发生是指当入射光通过非线性材料时，会产生频率是入射光频率的二倍的二次谐波。
和频和差频发生则是指两束不同频率的光在非线性材料中相互作用时，会产生和频和差频的光。
自聚焦效应是指入射光在非线性材料中传播时，由于光的强度非线性增加，导致光束的横向尺寸减小。
非线性光学效应在光学器件中有着广泛的应用。
例如，二次谐波发生可以用于实现频率加倍器和光学调制器等器件；和频和差频发生可以用于实现光学混频器和光学放大器等器件；自聚焦效应可以用于实现光学开关和光学限幅器等器件。
这些器件的应用范围涵盖了光通信、光存储、光计算和光学成像等领域。
为了研究非线性光学效应，科学家们需要设计和合成具有特定结构和性能的光学材料。
例如，通过改变材料的晶体结构、掺杂特定的杂质或者制备纳米结构等方法，可以调控材料的非线性光学性能。
此外，科学家们还通过研究非线性光学效应的机制和理论模型，来解释和预测材料的光学特性。
近年来，随着纳米技术和材料科学的发展，非线性光学材料的研究取得了很大的进展。
例如，金属纳米颗粒和二维材料等新型材料被广泛应用于非线性光学器件的设计和制备中。
这些材料具有较高的非线性光学系数和较低的损耗，可以实现更高效、更紧凑的光学器件。
总之，非线性光学效应是光学材料中的重要现象，它为光学器件的设计和制备提供了更多的可能性。
通过研究非线性光学效应的机制和探索新型材料，我们可以不断提高光学器件的性能和功能，推动光学通信和光学技术的发展。
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非线性光学材料一、概述20 世纪 60 年代 , Franken 等人用红宝石激光束通过石英晶体 , 首次观察到倍频效应 , 从而宣告了非线性光学的诞生,非线性光学材料也随之产生。
定义:可以产生非线性光学效应的介质(一、非线性光学效应当激光这样的强光在介质传播时,出现光的相位、频率、强度、或是其他一些传播特性都发生变化,而且这些变化与入射光的强度相关。
物质在电磁场的作用下 , 原子的正、负电荷中心会发生迁移 , 即发生极化 , 产生一诱导偶极矩 p 。
在光强度不是很高时 , 分子的诱导偶极矩 p 线性正比于光的电场强度 E 。
然而 , 当光强足够大如激光时 , 会产生非经典光学的频率、相位、偏振和其它传输性质变化的新电磁场。
分子诱导偶极矩 p 就变成电场强度 E 的非线性函数 , 如下表示 :p = α E + β E2 + γ E3 + ⋯⋯式中α为分子的微观线性极化率; β为一阶分子超极化率 (二阶效应,γ为二阶分子超极化率 (三阶效应。
即基于电场强度 E 的 n 次幂所诱导的电极化效应就称之为 n 阶非线性光学效应。
对宏观介质来说 ,p = x (1 E + x(2 E2 + x (3E3 + ⋯⋯其中 x (1 、 x(2 、 x(3 ⋯⋯类似于α、β、γ⋯⋯ , 表示介质的一阶、二阶、三阶等 n 阶非线性系数。
因此 , 一种好的非线性光学材料应是易极化的、具有非对称的电荷分布的、具有大的π电子共轭体系的、非中心对称的分子构成的材料。
另外 , 在工作波长可实现相位匹配 , 有较高的功率破环阈值 , 宽的透过能力 , 材料的光学完整性、均匀性、硬度及化学稳定性好 , 易于进行各种机械、光学加工也是必需的。
易于生产、价格便宜等也是应当考虑的因素。
目前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。
常见非线性光学现象有:①光学整流。
E 2项的存在将引起介质的恒定极化项,产生恒定的极化电荷和相应的电势差, 电势差与光强成正比而与频率无关, 类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。
②产生高次谐波。
弱光进入介质后频率保持不变。
强光进入介质后, 由于介质的非线性效应, 除原来的频率ω外, 还将出现2ω、3ω、……等的高次谐波。
1961年美国的 P.A. 弗兰肯和他的同事们首次在实验上观察到二次谐波。
他们把红宝石激光器发出的 3千瓦红色(6943埃激光脉冲聚焦到石英晶片上,观察到了波长为 3471.5埃的紫外二次谐波。
若把一块铌酸钡钠晶体放在 1瓦、 1.06微米波长的激光器腔内, 可得到连续的 1瓦二次谐波激光,波长为 5323埃。
非线性介质的这种倍频效应在激光技术中有重要应用。
③光学混频。
当两束频率为ω1和ω2(ω1>ω2的激光同时射入介质时,如果只考虑极化强度 P 的二次项,将产生频率为ω1+ω2的和频项和频率为ω1-ω2的差频项。
利用光学混频效应可制作光学参量振荡器,这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源,可发射从红外到紫外的相干辐射。
④受激拉曼散射。
普通光源产生的拉曼散射是自发拉曼散射, 散射光是不相干的。
当入射光采用很强的激光时, 由于激光辐射与物质分子的强烈作用, 使散射过程具有受激辐射的性质, 称受激拉曼散射。
所产生的拉曼散射光具有很高的相干性, 其强度也比自发拉曼散射光强得多。
利用受激拉曼散射可获得多种新波长的相干辐射, 并为深入研究强光与物质相互作用的规律提供手段。
⑤自聚焦。
介质在强光作用下折射率将随光强的增加而增大。
激光束的强度具有高斯分布, 光强在中轴处最大,并向外围递减,于是激光束的轴线附近有较大的折射率,像凸透镜一样光束将向轴线自动会聚, 直到光束达到一细丝极限 (直径约5×10-6米 , 并可在这细丝范围内产生全反射,犹如光在光学纤维内传播一样。
与自聚焦同样原理的另一种现象叫自散焦。
⑥光致透明。
弱光下介质的吸收系数(见光的吸收与光强无关,但对很强的激光, 介质的吸收系数与光强有依赖关系, 某些本来不透明的介质在强光作用下吸收系数会变为零。
(二、非线性光学材料种类1、无机非线性光学晶体2、有机非线性光学晶体3、无机 - 有机杂化材料等(三、应用:广泛应用于激光技术和光谱技术1、在倍频激光器中获得倍频光2、用作光学参量振荡器,制成宽光谱范围的课调谐单色光源3、实现将红外光变为可见光的频率转换4、被认为是用于开发光计算机的关键材料二、常见的非线性光学材料2. 1 无机非线性光学材料在二次非线性光学材料应用上 , 无机材料很长时间处于主要地位 , 取得了巨大的进展 , 至今已在许多装置中获得应用。
与有机材料比 , 无机材料通常更稳定 , 它们中许多材料都允许各向异性离子交换 , 使之可用于导波器材料 , 并且它们都有比有机材料纯度更高的晶体形式。
其中包括 KTP ( KTiO2PO4 型材料、 KDP ( KH2 PO4 型材料、钙钛矿型 (LiNbO3 、 KNbO3 等材料、半导体材料 ( Te 、Ag3AsS3 、 CdSe 等、硼酸盐系列材料 (包括 KB5 、 BBO 、 LBO 和 KBBF 等 , 另外还有如沸石分子筛基材料、玻璃型和配合物型材料等。
2. 1. 1 KDP 型晶体主要包括 KH2 PO4 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. 1. 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。
2. 1. 3 硼酸盐晶体如偏硼酸钡 (BBO , 三硼酸锂 (LBO 等。
此类晶体的共同特点是紫外透光范围特别宽。
其中 BBO 和 LBO 的优点是非线性系数大 , 转换效率高 , 透光范围宽 , 光损伤阈值高 , 化学稳定性好和易于机械加工。
2. 1. 4 半导体材料如 Te 、 Ag3AsS3 、CdSe , GaP , GaAs , α一 SiC 和β一 SiC 等 , 通过调节材料的能隙 , 有效地改变电子的跃迁几率 , 从而控制材料的非线性光学响应。
此类材料大多具有较高的非线性光学系数 , 缺点是晶体质量不高 , 光损伤阈值太低。
2. 1. 5 钙钛矿型晶体主要包括 LiNbO3 、 Li TaO3 以及不同 Li/ Nb 原子比的 LixNbyO3 型铁电晶体等。
它们都具有较好的非线性光学效应 , 已被广泛地应用。
铌酸锂单晶是一种具有优良的线性和非线性光学特性的铁电材料 , 具有较大的电光系数、宽的光透射范围以及优异的热稳定性和化学稳定性 , 是广泛用于制造电光调制器、电光偏转器、电光开关及制造集成光学器件十分理想的无机晶体材料。
同时 , 铌酸锂的压电性能又使它成为制造超声换能器、声表器件的关键材料 , 可用于视频和微波信号处理。
目前铌酸锂绝大部分用于远程通信。
但铌酸锂容易产生光损伤 , 限制了它在较强激光场合中的应用。
2. 1. 6 沸石分子筛基材料通过沸石分子筛基的分子组装 , 可以得到非线性光学材料的纳米团簇。
因为某种分子筛只能允许一定大小的分子进入 , 其孔道结构在组装过程中的作用极其重要。
目前研究较多的是在沸石中组装有机非线性光学效应物质。
如在分子筛的孔道内聚合生长的聚合物 , 微观有序性较好 , 避免了聚合物分子有序性易被破坏的缺陷。
同时作为基体的分子筛对客体有机分子起到保护作用 , 增强了客体的光热稳定性。
另外 , 可以通过调节分子筛骨架电化学组成而改变其介电常数 , 调节主客体之间的影响 , 从而增强非线性光学效应。
又如 , 对某些有对称中心的有机分子在某些分子筛中组装之后产生非线性光学效应。
如在 A1PO4 一 5 分子筛中利用气相装载的方法组装对硝基苯胺后发现生成的包容化合物表现出一定的倍频效应 , 可能A1PO4 一 5 无对称中心结构导致 , 而有对称中心的沸石不产生这种影响。
2. 1. 7 玻璃非线性光学材料玻璃的非线性光学效应大多是由于材料的原子或离子在强光电场的照射下的非线性极化所引起的共振效应。
玻璃虽具有各向同性 , 但在受到如电极化、热极化、激光诱导极化、电子束辐射极化等作用时 , 可使其结构发生变化 , 在微小的区域内产生相当强的定向极化 , 从而打破玻璃的反演对称性 , 使其具有二阶非线性光学效应。
可用于制备二倍倍频器、杂化双稳器、紫外激光器 , 红外激光器、电光调制器等。
利用玻璃的三阶非线性光学效应可制备超高速光开关、光学存储器、光学运算元件、新型光纤等。
如碲铌锌系统玻璃就是一种性能优良的三阶非线性光学玻璃材料。
在碲铌锌系统玻璃中引入稀土离子 , 利用其 4f 电子的跃迁提高谐波光子激发的可能性 , 从而提高玻璃的三阶光学非线性。
由于玻璃组成多样 , 性能优越、透光性好、良好的化学稳定性和热稳定性、易于制作和加工和易于掺杂等一系列优点 , 日益引起人们的重视 , 也是一类有较好应用前景的非线性光学材料。
2. 2 有机非线性光学材料在非线性光学材料研究初期就发现尿素、苦味酸、二硝基苯胺等一系列有机物具有非线性光学效应。
由于具有大的非定域π共轭电子体系的有机分子有较强的光电耦合特征 , 所以能得到高的响应值和比较大的光学系数。
八十年代以后 , 有机非线性光学材料迅速发展起来。
有机材料相比无机材料具有非线性光学系数高、响应快速、易于修饰、光学损伤阈值高、易于加工及分子可变性强等优点。
目前发现或合成的有机非线性光学材料很多 , 包括各类有机低分子非线性光学材料、高聚物非线性光学材料、金属有机配合物非线性光学材料等。
2. 2. 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. 2. 2 高聚物非线性光学材料高聚物非线性光学材料不仅具有非线性光学系数大 , 响应速度快 , 直流介电常数低等优点 , 而且由于分子链以共价键连接 , 机械强度高 , 化学稳定性好 , 加工性能优良 , 结构可变性强 , 可制成如膜、片、纤维等各种形式。