非线性光学晶体材料课件

第七章非线性光学晶体材料一、非线性光学现象线性光学光与介质相互作用，入射光的电场强度比介质中原子内的场强小得多。非线性光学强光入射介质时7.2晶体的非线性光学基础倍频和混频当激光与非线性介质作用，入射光通过介质后，其输出频率较入射频率有所变化，会出现倍频光、和频光与差频光。入射单色强光电场强度恒定电场基频成分倍频成分极化波频率例:和频传输常数电磁波二、非线性光学过程的相位匹配1.相位匹配条件2.实现相位匹配的途径(1)角度相位匹配:负单轴晶球面:o光折射率面实线:基频光虚线:倍频光椭球面:e光折射率面实线:基频光虚线:倍频光M点:o光基频光与e光倍频光折射率交点PM方向:相位匹配方向M:相位匹配角两种匹配类型:o+o=e(ooe型)------Ⅰ类相位匹配或平行式匹配

o+e=e(oee型)------Ⅱ类相位匹配或正交式匹配(2)温度相位匹配对于某些非线性光学晶体,如铌酸锂、磷酸二氢钾等,它们的e光折射率随温度的变化比o光的折射率快得多,利用这一特性,在M=90o条件下,就有可能通过适当地调节温度来实现相位匹配.

角度相位匹配存在的问题:

分类:M=90o------非临界相位匹配;M=90o------临界相位匹配不是所有的非线性光学晶体都有可能实现90o的相位匹配.入射两种不同频率的强光和频成分差频成分介质除辐射直流、基频和倍频成分，还将辐射频率为和频与差频的光波，称为光学混频。三、光混频与光参量振荡1.光混频四、晶体的电光效应概念:在外加电场的作用下引起晶体折射率发生变化的效应.

某些晶体上加电场后,将改变光在晶体中传播时所表现的各向异性特性.加电场后的折射率通过长为l的晶体后的相位差半波电压7.3非线性光学晶体材料一、概述激光频率转换(变频晶体)(1)红外波段频率转换晶体黄铜矿结构型晶体:AgGaS2;AgGaSe2;CdGeAs2

等特点:非线性光学系数很大,但能量转换效率不高,受晶体光学质量和尺寸大小的限制,得不到广泛应用.(2)从可见光到红外波段的频率转换晶体磷酸盐:磷酸二氢钾(KDP)结构型晶体和磷酸钛氧钾(KTP)型晶体

KDP特点:具有优良的压电、电光和频率转换性能,易生长,得到广泛应用.KTP特点:频率转换的”全能冠军”材料碘酸盐晶体:-碘酸锂;碘酸;碘酸钾等铌酸盐晶体:铌酸锂;铌酸钾;铌酸锶钡等二、非线性光学晶体应具备的性能(一)大的非线性光学系数(二)适当的双折射率,能够在应用的波段区域内实现相位匹配,而且相位匹配的角度宽容度和温度宽容度要大,如果能够实现非临界相位匹配或通过温度调谐等方法实现非临界相位匹配则更好.(三)足够高的抗光损伤阈值.(四)良好的化学稳定性,不易风化,不易潮解,在较宽的温度范围内无相变,不分解,以保证能在没有特殊保护的条件下长期使用.良好的力学性能使晶体易于切割抛磨,镀覆各种光学膜层,制作各种实用器件,也是十分重要的.非线性光学谐波器件的设计原理晶体的倍频效应按相位匹配模式可分为：共线相位匹配倍频转换和频转换非共线相位匹配有效倍频系数:只能进行数值计算通光方向的长度其他特征量：相位匹配参量Δk，允许角宽度ΔθPM非线性光学器件对晶体材料的要求具有大的有效倍频系数宽的透光范围适中的双折射率高的光损伤阈值晶体的光学均匀性晶体的物理化学性质非线性光学晶体材料分子设计方法几种重要的非线性光学晶体红外非线性光学晶体分类：由四面体基团构成的二元或三元化合物由MX3三角锥形基团构成的化合物单质深紫外非线性光学晶体KBBF晶体SBBO族晶体LBO族晶体LBO晶体CBO晶体CLBO晶体KTP晶体BBO晶体KDP族晶体KDP晶体DKDP晶体铌酸盐晶