非线性光学材料

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1、非线性光学材料摘要：非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光倍息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。在目前信息技术高速发展的时代，光电子工业发展迅猛，对光电功能材料的需求也日趋增长。在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学材料为基础材料，因此，近几I•年来非线性光学材料引起了人们的广泛关注，对它的研究也以日新71异的速度发展着。关键词：非线性光学材料；光电功能材料1.简介在目前信怠技术高速发展的时代，光电子工、Ik发展迅猛，对光电功能材料的需求也闩趋增长。在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性

2、光学材料为基础材料，W此，近几十年来非线性光学材料引起了人们的广泛关注，对它的研究也以11新月异的速度发展着。非线性光学材料是指一类受外部光场、电场和俺变场的作川，频率、相位、振幅等发生变化，从而引起折射率、光吸收、光散射等变化的材料。在川激光做光源吋，激光与介质间相互作川产牛.的这种非线性光学现象，会导致光的倍频、合频、差频、参S振荡、参fi放大，引起谐波。利用非线性光学材料的变频和光折变功能，尤其是倍频和三倍频能力，吋将其广泛应用于冇线电视和光纤通信川的信兮转换器和光学开关、光调制器、倍频器、限幅器、放大器、整流透镜和挽能器等领域。物质在电磁场的作用不，原子的正、负电荷中心会发

3、牛.迁移，即发生极化，产生一•诱导偶极矩p。在光强度不是很高吋，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吋，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屯磁场。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=aE+PE2+YE3+……式中a为分子的微观线性极化率4为一阶分子超极化率（二阶效应），Y为二阶分子超极化率（三阶效应）。即基于电场强度E的n次¥所诱导的电极化效极就称之为n阶非线性光学效应。一种好的非线性光学材料应是易极化的、具冇非对称的电荷分布的、具冇大的n电了共轭体系的、非中心对称的分了构成的材料。外，在工作波长可实现相

4、位匹配，冇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。U前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。2.非线性光学材料分类白从20世纪60年代诞生起，非线性光学材料的研究取得Y很人的进展，有很多已经进实川化阶段H_31。根裾组成n」‘将非线性光学材料大致分为无机非线忡光学材料，冇机非线性光学材料，无机-有机杂化材料等。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

5、4"61。与有机材料比，无机材

6、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品体形式。屮包括KTP(KTiO-PO4VXj材料、KDP(KH2PO4)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.L1KDP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。此类晶体生长简中.，容易得到高质量的单品，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

7、功率卜并不妨碍获得高的转换效率。2.1.2KTP型晶体主要也括KTiOPO4以及正交晶系的M构物等。KTP晶体ft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学晶体，但紫外透过能力差限制了它在紫外区的应川。2.1.3硼酸盐晶体如偏侧酸钡(BBO),三侧酸锂(LBO)等。此类品体的共同特点是紫外透光范围特别宽。W屮BBO和LBO的优点是非线性系数人，转换效率商，透光范围宽，光损伤阈位高，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,a-SiC和P-SiC等，通过调

8、节材料的能隙，奋效地改变电了的跃迁儿率,从而控制材料的非线性光学响应。此类材料大多具冇较高的非线性光学系数，缺点是晶体质fi不高，光损伤阈值太低。2.1.5钙钛矿型晶体主要包括LiNbO3、LiTaO3以及不同Li/Nb原了比的LixNbyO;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。铌酸锂单品是一种rt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，足广泛川于制造电光调制器、电光偏转器、