常見(jiàn)的非線性光學(xué)材料介紹

非線性光學(xué)材料是指光學(xué)性質(zhì)依賴(lài)于入射光強(qiáng)度的材料，非線性光學(xué)性質(zhì)也被稱(chēng)為強(qiáng)光作用下的光學(xué)性質(zhì)，主要因?yàn)檫@些性質(zhì)只有在激光這樣的強(qiáng)相干光作用下才表現(xiàn)出來(lái)。

一、無(wú)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(wú)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，已在許多裝置中獲得應(yīng)用。與有機(jī)材料比，無(wú)機(jī)材料通常更穩(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)材料純度更高的晶體形式。其中包括KTP(KTiO2PO4)型材料、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。

1.KDP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(lèi)晶體生長(zhǎng)簡(jiǎn)單，容易得到高質(zhì)量的單晶，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，但在高功率下并不妨礙獲得高的轉(zhuǎn)換效率。

2.KTP型晶體

主要包括KTiOPO4以及正交晶系的同構(gòu)物等。KTP晶體具有非線性系數(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)良的非線性光晶體，但紫外透過(guò)能力差限制了它在紫外區(qū)的應(yīng)用。

3.硼酸鹽晶體

如偏硼酸鋇(BBO)，三硼酸鋰(LBO)等。此類(lèi)晶體的共同特點(diǎn)是紫外透光范圍特別寬。其中BBO和LBO的優(yōu)點(diǎn)是非線性系數(shù)大，轉(zhuǎn)換效率高，透光范圍寬，光損傷閾值高，化學(xué)穩(wěn)定性好和易于機(jī)械加工。

4.半導(dǎo)體材料

如Te、Ag3AsS3、CdSe，GaP，GaAs，α一SiC和β一SiC等，通過(guò)調(diào)節(jié)材料的能隙，有效地改變電子的躍遷幾率，從而控制材料的非線性光學(xué)響應(yīng)。此類(lèi)材料大多具有較高的非線性光學(xué)系數(shù)，缺點(diǎn)是晶體質(zhì)量不高，光損傷閾值太低。

5.鈣鈦礦型晶體

主要包括LiNbO3、LiTaO3以及不同Li/Nb原子比的LixNbyO3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。

鈮酸鋰單晶是一種具有優(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，是廣泛用于制造電光調(diào)制器、電光偏轉(zhuǎn)器、電光開(kāi)關(guān)及制造集成光學(xué)器件十分理想的無(wú)機(jī)晶體材料。同時(shí)，鈮酸鋰的壓電性能又使它成為制造超聲換能器、聲表器件的關(guān)鍵材料，可用于視頻和微波信號(hào)處理。鈮酸鋰絕大部分用于遠(yuǎn)程通信。但鈮酸鋰容易產(chǎn)生光損傷，限制了它在較強(qiáng)激光場(chǎng)合中的應(yīng)用。

6.沸石分子篩基材料

通過(guò)沸石分子篩基的分子組裝，可以得到非線性光學(xué)材料的納米團(tuán)簇。因?yàn)槟撤N分子篩只能允許一定大小的分子進(jìn)入，其孔道結(jié)構(gòu)在組裝過(guò)程中的作用極其重要。

研究較多的是在沸石中組裝有機(jī)非線性光學(xué)效應(yīng)物質(zhì)。如在分子篩的孔道內(nèi)聚合生長(zhǎng)的聚合物，微觀有序性較好，避免了聚合物分子有序性易被破壞的缺陷。同時(shí)作為基體的分子篩對(duì)客體有機(jī)分子起到保護(hù)作用，增強(qiáng)了客體的光熱穩(wěn)定性。

另外，可以通過(guò)調(diào)節(jié)分子篩骨架電化學(xué)組成而改變其介電常數(shù)，調(diào)節(jié)主客體之間的影響，從而增強(qiáng)非線性光學(xué)效應(yīng)。又如，對(duì)某些有對(duì)稱(chēng)中心的有機(jī)分子在某些分子篩中組裝之后產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)。如在A1PO4一5分子篩中利用氣相裝載的方法組裝對(duì)硝基苯胺后發(fā)現(xiàn)生成的包容化合物表現(xiàn)出一定的倍頻效應(yīng)，可能A1PO4一5無(wú)對(duì)稱(chēng)中心結(jié)構(gòu)導(dǎo)致，而有對(duì)稱(chēng)中心的沸石不產(chǎn)生這種影響。