非線性光學(xué)材料

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1、非線性光學(xué)材料摘要：非線性光學(xué)材料是一類在光電轉(zhuǎn)換、光開關(guān)、光倍息處理等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景的光電功能材料。在目前信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，光電子工業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)光電功能材料的需求也日趨增長(zhǎng)。在光電子工業(yè)中如光開關(guān)、光通訊、光信息處理、光計(jì)算機(jī)、激光技術(shù)等都需要以非線性光學(xué)材料為基礎(chǔ)材料，因此，近幾I?年來非線性光學(xué)材料引起了人們的廣泛關(guān)注，對(duì)它的研究也以日新71異的速度發(fā)展著。關(guān)鍵詞：非線性光學(xué)材料；光電功能材料1.簡(jiǎn)介在目前信怠技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，光電子工、Ik發(fā)展迅猛，對(duì)光電功能材料的需求也閂趨增長(zhǎng)。在光電子工業(yè)中如光開關(guān)、光通訊、光信息處理、光計(jì)算機(jī)、激光技術(shù)等都需要以非線性

2、光學(xué)材料為基礎(chǔ)材料，W此，近幾十年來非線性光學(xué)材料引起了人們的廣泛關(guān)注，對(duì)它的研究也以11新月異的速度發(fā)展著。非線性光學(xué)材料是指一類受外部光場(chǎng)、電場(chǎng)和俺變場(chǎng)的作川，頻率、相位、振幅等發(fā)生變化，從而引起折射率、光吸收、光散射等變化的材料。在川激光做光源吋，激光與介質(zhì)間相互作川產(chǎn)牛.的這種非線性光學(xué)現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致光的倍頻、合頻、差頻、參S振蕩、參fi放大，引起諧波。利用非線性光學(xué)材料的變頻和光折變功能，尤其是倍頻和三倍頻能力，吋將其廣泛應(yīng)用于冇線電視和光纖通信川的信兮轉(zhuǎn)換器和光學(xué)開關(guān)、光調(diào)制器、倍頻器、限幅器、放大器、整流透鏡和挽能器等領(lǐng)域。物質(zhì)在電磁場(chǎng)的作用不，原子的正、負(fù)電荷中心會(huì)發(fā)

3、牛.遷移，即發(fā)生極化，產(chǎn)生一?誘導(dǎo)偶極矩p。在光強(qiáng)度不是很高吋，分子的誘導(dǎo)偶極矩p線性正比于光的電場(chǎng)強(qiáng)度E。然而，當(dāng)光強(qiáng)足夠大如激光吋，會(huì)產(chǎn)生非經(jīng)典光學(xué)的頻率、相位、偏振和其它傳輸性質(zhì)變化的新屯磁場(chǎng)。分子誘導(dǎo)偶極矩p就變成電場(chǎng)強(qiáng)度E的非線性函數(shù)，如下表示:p=aE+PE2+YE3+……式中a為分子的微觀線性極化率4為一階分子超極化率（二階效應(yīng)），Y為二階分子超極化率（三階效應(yīng)）。即基于電場(chǎng)強(qiáng)度E的n次￥所誘導(dǎo)的電極化效極就稱之為n階非線性光學(xué)效應(yīng)。一種好的非線性光學(xué)材料應(yīng)是易極化的、具冇非對(duì)稱的電荷分布的、具冇大的n電了共軛體系的、非中心對(duì)稱的分了構(gòu)成的材料。外，在工作波長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)相

4、位匹配，冇較高的功率破環(huán)閾值，寬的透過能力，材料的光學(xué)完整性、均勻性、硬度及化學(xué)穩(wěn)定性好，易于進(jìn)行各種機(jī)械、光學(xué)加工也是必需的。易于生產(chǎn)、價(jià)格便宜等也是應(yīng)當(dāng)考慮的因素。U前研究較多的是二階和三階非線性光學(xué)效應(yīng)。2.非線性光學(xué)材料分類白從20世紀(jì)60年代誕生起，非線性光學(xué)材料的研究取得Y很人的進(jìn)展，有很多已經(jīng)進(jìn)實(shí)川化階段H_31。根裾組成n」‘將非線性光學(xué)材料大致分為無機(jī)非線忡光學(xué)材料，冇機(jī)非線性光學(xué)材料，無機(jī)-有機(jī)雜化材料等。2.1無機(jī)非線性光學(xué)材料在二次非線性光學(xué)材料應(yīng)用上，無機(jī)材料很長(zhǎng)時(shí)間處于主要地位，取得了巨大的進(jìn)展,至今已在許多裝置中獲得應(yīng)用

5、4"61。與有機(jī)材料比，無機(jī)材

6、料通常更穩(wěn)定，它們中許多材料都允許各向異性離子交換，使之可用于導(dǎo)波器材料，并且它們都有比有機(jī)材料純度更高的品體形式。屮包括KTP(KTiO-PO4VXj材料、KDP(KH2PO4)型材料、鈣鈦礦型(LiNbO3、KNbO3等)材料、半導(dǎo)體材料(Te、Ag3AsS3、CdSe等)、硼酸鹽系列材料(包括KB5、BBO、LBO和KBBF)等，另外還有如沸石分子篩基材料、玻璃型和配合物型材料等。2.L1KDP型晶體主要包括KH2PO4和四方晶系的一些同構(gòu)物及其氘代物晶體等。此類晶體生長(zhǎng)簡(jiǎn)中.，容易得到高質(zhì)量的單品，能夠得到90°的相位匹配，適合于高功率倍頻。雖然它們的非線性系數(shù)較小，但在高

7、功率卜并不妨礙獲得高的轉(zhuǎn)換效率。2.1.2KTP型晶體主要也括KTiOPO4以及正交晶系的M構(gòu)物等。KTP晶體ft有非線性系數(shù)大，吸收系數(shù)低，不易潮解，很難脆裂，化學(xué)穩(wěn)定性好，易加工和倍頻轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體，但紫外透過能力差限制了它在紫外區(qū)的應(yīng)川。2.1.3硼酸鹽晶體如偏側(cè)酸鋇(BBO),三側(cè)酸鋰(LBO)等。此類品體的共同特點(diǎn)是紫外透光范圍特別寬。W屮BBO和LBO的優(yōu)點(diǎn)是非線性系數(shù)人，轉(zhuǎn)換效率商，透光范圍寬，光損傷閾位高，化學(xué)穩(wěn)定性好和易于機(jī)械加工。2.1.4半導(dǎo)體材料如Te、Ag3AsS3、CdSe,GaP，GaAs,a-SiC和P-SiC等，通過調(diào)

8、節(jié)材料的能隙，奮效地改變電了的躍遷兒率,從而控制材料的非線性光學(xué)響應(yīng)。此類材料大多具冇較高的非線性光學(xué)系數(shù)，缺點(diǎn)是晶體質(zhì)fi不高，光損傷閾值太低。2.1.5鈣鈦礦型晶體主要包括LiNbO3、LiTaO3以及不同Li/Nb原了比的LixNbyO;型鐵電晶體等。它們都具有較好的非線性光學(xué)效應(yīng)，已被廣泛地應(yīng)用。鈮酸鋰單品是一種rt有優(yōu)良的線性和非線性光學(xué)特性的鐵電材料，具有較大的電光系數(shù)、寬的光透射范圍以及優(yōu)異?的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，足廣泛川于制造電光調(diào)制器、電光偏轉(zhuǎn)器、