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  • 非线性光学晶体现状及发展趋势

    作者:沈德忠、王晓洋、陈建荣 来源:中材人工晶体研究院 时间:2017-06-22 09:19 阅读:2021 [投稿]
    非线性光学晶体是重要的光电信息功能材料之一,是光电子技术特别是激光技术的重要物质基础,其发展程度与激光技术的发展密切相关。

    前言

    非线性光学晶体是重要的光电信息功能材料之一,是光电子技术特别是激光技术的重要物质基础,其发展程度与激光技术的发展密切相关。

    非线性光学晶体材料可以用来进行激光频率转换,扩展激光的波长;用来调制激光的强度、相位;实现激光信号的全息存储、消除波前畴变的自泵浦相位共轭等等。所以,非线性光学晶体是高新技术和现代军事技术中不可缺少的关键材料,各发达国家都将其放在优先发展的位置,并作为一项重要战略措施列入各自的高技术发展计划中,给予高度重视和支持。

    伴随着激光技术从上世纪六十年代发展至今,非线性光学晶体也得到长足的发展,从最初的石英倍频晶体开始,不断涌现出铌酸锂(LiNbO3—LN)、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)、砷镉锗(CdGeAs—CGA)、磷锗锌(ZnGeP2—ZGP)等非线性光学晶体,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。比较有代表的例子是:用LN制作的光波导器件及调制器件,已广泛应用于光通讯;利用KTP晶体的商业内腔倍频YAG激光器,其绿光输出可达几百瓦;用CBO和频的YAG三倍频激光器,355nm输出已达17.7瓦;用CLBO四倍频的YAG激光器,266nm紫外光输出已达42瓦;用KBBF直接六倍频已获177.3nm的深紫外激光;使用KTP、BBO、LBO的光参量振荡器,其调谐范围覆盖了可见光到4.5m波段,并实现单纵模运转。

    就非线性光学晶体、器件及应用整个领域的科技水平来看,发达国家如美国、英国等居于世界前列,从最初的原理提出、新材料的探索、器件的开发,他们都作出了重要的贡献。在非线性晶体材料的生产上,日本、中国、和前苏联的一些国家如俄罗斯、乌克兰、立陶宛等,占有重要的地位,而美国和欧洲一些国家则主要侧重于非线性晶体器件及设备的制造。我国在非线性光学晶体领域占有重要的地位。

    一、中国在本领域的世界地位

    我国无论在非线性光学晶体的学术研究还是产业化方面,都在国际上有着重要的影响,特别是在可见、紫外波段非线性晶体的研究方面一直处于领先水平,受到世界瞩目。我国在非线性晶体领域最主要的成就是(1)发明了掺镁LiNbO3晶体,通过掺杂使得LiNbO3的抗损伤阈值提高了两个数量级以上,大大开拓了铌酸锂晶体的应用领域;(2)在硼酸盐系列中发现并研制出- BBO、LBO、CBO、KBBF等一系列性能优异的紫外非线性光学晶体,开创了紫外激光倍频的新纪元,使得人类不断向固体紫外激光的极限推进;(3)首次在国际上用溶剂法生长出可实际应用的KTP大单晶,并实现产业化,使KTP晶体在全世界得到普遍的应用,促进了激光技术的发展。(4)主导了周期、准周期极化人工微结构非线性光学晶体材料的研究和实验验证,开拓了非线性光学晶体的新领域。

    我国多种非线性光学晶体的生长技术居国际先进水平,国外已有的所有晶体生长方法我国都有,几乎所有重要的非线性光学晶体都已生长出来,一些重要晶体满足了国内重大工程需求,一批高技术晶体已成为商品,在国际上享有盛誉。

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