非線性光學(xué)晶體材料課件

第七章非線性光學(xué)晶體材料一、非線性光學(xué)現(xiàn)象線性光學(xué)光與介質(zhì)相互作用，入射光的電場(chǎng)強(qiáng)度比介質(zhì)中原子內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)小得多。非線性光學(xué)強(qiáng)光入射介質(zhì)時(shí)7.2晶體的非線性光學(xué)基礎(chǔ)倍頻和混頻當(dāng)激光與非線性介質(zhì)作用，入射光通過(guò)介質(zhì)后，其輸出頻率較入射頻率有所變化，會(huì)出現(xiàn)倍頻光、和頻光與差頻光。入射單色強(qiáng)光電場(chǎng)強(qiáng)度恒定電場(chǎng)基頻成分倍頻成分極化波頻率例:和頻傳輸常數(shù)電磁波二、非線性光學(xué)過(guò)程的相位匹配1.相位匹配條件2.實(shí)現(xiàn)相位匹配的途徑(1)角度相位匹配:負(fù)單軸晶球面:o光折射率面實(shí)線:基頻光虛線:倍頻光橢球面:e光折射率面實(shí)線:基頻光虛線:倍頻光M點(diǎn):o光基頻光與e光倍頻光折射率交點(diǎn)PM方向:相位匹配方向M:相位匹配角兩種匹配類型:o+o=e(ooe型)------Ⅰ類相位匹配或平行式匹配

o+e=e(oee型)------Ⅱ類相位匹配或正交式匹配(2)溫度相位匹配對(duì)于某些非線性光學(xué)晶體,如鈮酸鋰、磷酸二氫鉀等,它們的e光折射率隨溫度的變化比o光的折射率快得多,利用這一特性,在M=90o條件下,就有可能通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)相位匹配.

角度相位匹配存在的問(wèn)題:

分類:M=90o------非臨界相位匹配;M=90o------臨界相位匹配不是所有的非線性光學(xué)晶體都有可能實(shí)現(xiàn)90o的相位匹配.入射兩種不同頻率的強(qiáng)光和頻成分差頻成分介質(zhì)除輻射直流、基頻和倍頻成分，還將輻射頻率為和頻與差頻的光波，稱為光學(xué)混頻。三、光混頻與光參量振蕩1.光混頻四、晶體的電光效應(yīng)概念:在外加電場(chǎng)的作用下引起晶體折射率發(fā)生變化的效應(yīng).

某些晶體上加電場(chǎng)后,將改變光在晶體中傳播時(shí)所表現(xiàn)的各向異性特性.加電場(chǎng)后的折射率通過(guò)長(zhǎng)為l的晶體后的相位差半波電壓7.3非線性光學(xué)晶體材料一、概述激光頻率轉(zhuǎn)換(變頻晶體)(1)紅外波段頻率轉(zhuǎn)換晶體黃銅礦結(jié)構(gòu)型晶體:AgGaS2;AgGaSe2;CdGeAs2

等特點(diǎn):非線性光學(xué)系數(shù)很大,但能量轉(zhuǎn)換效率不高,受晶體光學(xué)質(zhì)量和尺寸大小的限制,得不到廣泛應(yīng)用.(2)從可見(jiàn)光到紅外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體磷酸鹽:磷酸二氫鉀(KDP)結(jié)構(gòu)型晶體和磷酸鈦氧鉀(KTP)型晶體

KDP特點(diǎn):具有優(yōu)良的壓電、電光和頻率轉(zhuǎn)換性能,易生長(zhǎng),得到廣泛應(yīng)用.KTP特點(diǎn):頻率轉(zhuǎn)換的”全能冠軍”材料碘酸鹽晶體:-碘酸鋰;碘酸;碘酸鉀等鈮酸鹽晶體:鈮酸鋰;鈮酸鉀;鈮酸鍶鋇等二、非線性光學(xué)晶體應(yīng)具備的性能(一)大的非線性光學(xué)系數(shù)(二)適當(dāng)?shù)碾p折射率,能夠在應(yīng)用的波段區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)相位匹配,而且相位匹配的角度寬容度和溫度寬容度要大,如果能夠?qū)崿F(xiàn)非臨界相位匹配或通過(guò)溫度調(diào)諧等方法實(shí)現(xiàn)非臨界相位匹配則更好.(三)足夠高的抗光損傷閾值.(四)良好的化學(xué)穩(wěn)定性,不易風(fēng)化,不易潮解,在較寬的溫度范圍內(nèi)無(wú)相變,不分解,以保證能在沒(méi)有特殊保護(hù)的條件下長(zhǎng)期使用.良好的力學(xué)性能使晶體易于切割拋磨,鍍覆各種光學(xué)膜層,制作各種實(shí)用器件,也是十分重要的.非線性光學(xué)諧波器件的設(shè)計(jì)原理晶體的倍頻效應(yīng)按相位匹配模式可分為：共線相位匹配倍頻轉(zhuǎn)換和頻轉(zhuǎn)換非共線相位匹配有效倍頻系數(shù):只能進(jìn)行數(shù)值計(jì)算通光方向的長(zhǎng)度其他特征量：相位匹配參量Δk，允許角寬度ΔθPM非線性光學(xué)器件對(duì)晶體材料的要求具有大的有效倍頻系數(shù)寬的透光范圍適中的雙折射率高的光損傷閾值晶體的光學(xué)均勻性晶體的物理化學(xué)性質(zhì)非線性光學(xué)晶體材料分子設(shè)計(jì)方法幾種重要的非線性光學(xué)晶體紅外非線性光學(xué)晶體分類：由四面體基團(tuán)構(gòu)成的二元或三元化合物由MX3三角錐形基團(tuán)構(gòu)成的化合物單質(zhì)深紫外非線性光學(xué)晶體KBBF晶體SBBO族晶體LBO族晶體LBO晶體CBO晶體CLBO晶體KTP晶體BBO晶體KDP族晶體KDP晶體DKDP晶體鈮酸鹽晶