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非线性晶体的发展和性能特点

  自从1960年美国科学家Maiman发明了世界第一台红宝石激光器以后,人们便意识到非线性光学是可以被观察到的。由于激光的光场或电场足够强,比如达到1KV/cm,电场与物质发生作用的时候,非线性现象就无法被忽略。1961年,Franken等利用红宝石激光器照射石英晶体,在光谱上发现了一个很弱的二倍频的斑点,首次证实了二倍频的产生。正是借助激光足够强的光频电场,非线性光学得以产生和发展。

  激光的出现使得非线性光学效应有了实际应用的可能,非线性效应同时也受到激光强度密度的影响。非线性光学技术的应用拓宽了激光光谱的范围,从而成为一种新的波长激光的获取手段。要实现非线性光学效应,那么就要有可用的非线性介质,能够实现光波的相位匹配。

  伴随着激光技术发展至今,非线性介质也得到长足的发展。非线性晶体发展趋势很好,受到国家高度重视。根据目前常用的两种相位匹配技术二次折射相位匹配(BPM)和准相位匹配(QPM),可以将介质分为非线性晶体和周期极化晶体。周期极化晶体是在非线性晶体中制备出周期结构。

  现有的非线性晶体有上百种,常见的有铌酸锂(LiNbO3—LN)、钽酸锂(LiTaO3—LT)、磷酸二氢钾(KH2PO4—KDP)、磷酸二氘钾(KD2PO4—DKDP)、碘酸锂(LiIO3—LI)、磷酸氧钛钾(KTiOPO4—KTP)、偏硼酸钡(BaB2O4—BBO)、三硼酸锂(LiB3O5—LBO)、铌酸钾(KNbO3—KN)、硼酸铯(CSB3O5—CBO)、硼酸铯锂(LiCSB6O10—CLBO)、氟硼酸钾铍(KBe2BO3F2—KBBF)以及硫银镓(AgGaS2—AGS)、硒镓银(AgGaSe2—AGSe)、砷镉锗(CdGeAs—CGA)、硒化镉CdSe、硒化镓GaSe、磷锗锌(ZnGeP2—ZGP)等,广泛应用于激光倍频、和频、差频、光参量放大以及电光调制、电光偏转等。

  χ (2)非线性的介质主要用于参量非线性频率转换(例如在倍频器和光学参量振荡器中)和电光调制器,而χ (3)非线性则导致Kerr效应,拉曼效应和四波混频。基本上都使用人造晶体,而不是天然的。

  非线性晶体性能

  对于非线性光学晶体而言,除了要具备较大的有效非线性系数,还要有以下性能:

  1、通常,对于所涉及的波长,晶体应具有较高的透明度;

  2、内部吸收要低,抗损伤阈值要高;

  3、物化性能稳定、硬度适中、不潮解;

  4、晶体质量稳定,尺寸大,价格合理,易镀膜。

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