非线性光学晶体

1、非线性光学材料非线性光学材料 郭泓良郭泓良 柴胤光柴胤光 李李 源源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。从最初的石英倍频晶体开始，不断涌现出铌酸锂（LiNbO3LN）、磷酸二氢钾(KH2PO4KDP

2、)、磷酸二氘钾(KD2PO4DKDP)、碘酸锂(LiIO3LI)、磷酸氧钛钾(KTiOPO4KTP)、偏硼酸钡(-BaB2O4BBO)、三硼酸锂(LiB3O5LBO)、铌酸钾（KNbO3KN）、硼酸铯(CSB3O5CBO)、硼酸铯锂(LiCSB6O10CLBO)、氟硼酸钾铍（KBe2BO3F2KBBF）以及硫银镓（AgGaS2AGS）、砷镉锗（CdGeAsCGA）、磷锗锌（ZnGeP2ZGP）等非线性光学晶体，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C

3、LBO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4.5m波段，并实现单纵模运转。我国在非线性晶体领域最主要的成就发明了掺镁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；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；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

4、体在全世界得到普遍的应用，促进了激光技术的发展。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。市场需求近年来全世界的非线性光学晶体的销售额每年超过4亿美元，传统的非线性晶体的需求量仍在逐年增大，今后几年市场增长率在1530%左右。非线性光学元件在调制开关与远程通讯、信息处理和娱乐等三个领域表现出了加速发展的趋势。主要的商业化非线性光学晶体有铌酸锂（LiNbO3）、磷酸钛氧钾（KTP）、-偏硼酸钡(BBO)、三硼酸锂（LBO）、磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氘钾（DKDP）等，其中LiNbO3是市场最大的非线性光学晶体，光通讯和工业激光是它最重要

5、的两个应用领域。光通讯行业的持续发展使得应用于光通信调幅器的LiNbO3晶体不仅占据了绝大部分的市场，而且市场份额每年都在增长。 除光通信外，工业激光、电光是非线性光学晶体应用的重要市场，近几年一直保持着每年1520%的市场增长，其中BBO、KTP晶体是本领域近几年增长最快的晶体品种，市场前景看好。医用固体激光器领域是非线性光学晶体的另一个重要市场，主要应用的是KTP、KDP和BBO晶体，CLBO也将会得到大量应用。由于医疗行业激光器的快速发展，带动KTP等非线性光学晶体的需求量也迅速增长。发展趋势1）紫外向更短波段的发展发展全固态深紫外（200nm）相干光源，是目前国际光电子领域最前沿的研究

6、项目之一，这是因为紫外激光在许多高技术领域有着十分重要的应用，如新一代的集成电路光刻技术需要全固态的紫外相干光源；光电子能谱、光谱技术中，迫切需要可调谐的全固态深紫外相干光源，这对于推动深紫外光谱、能谱仪的发展将起到关键性的作用，并将开辟一个新的物质科学研究领域；深紫外相干光源还将极大地推动激光精密机械加工业的发展。由于目前还没有直接输出深紫外波长的激光晶体问世，解决固态深紫外激光光源的关键问题集中在紫外波段的NLO变频晶体的研制和应用开发，其带动相关工业发展和技术进步的前景是十分诱人的。2）现有非线性光学晶体性能的改进以及新晶体的开发 3）非线性光学晶体的周期性极化准相位匹配技术（QPM）4）红外波段的非线性光学晶体相对于可见和紫外波段的非线性晶体，红外波段的非线性晶体发展比较