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  • 常见的非线性光学材料介绍

    作者:小萌新 来源:光行天下整理 时间:2022-04-27 11:06 阅读:1322 [投稿]
    非线性光学材料是指光学性质依赖于入射光强度的材料,非线性光学性质也被称为强光作用下的光学性质,主要因为这些性质只有在激光这样的强相干光作用下才表现出来。

    非线性光学材料是指光学性质依赖于入射光强度的材料,非线性光学性质也被称为强光作用下的光学性质,主要因为这些性质只有在激光这样的强相干光作用下才表现出来。

    一、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,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(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。

    1.KDP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.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。

    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。

    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。

    5.钙钛矿型晶体

    主要包括LiNbO3、LiTaO3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。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。

    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。

    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。

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