常見的非線性光學材料介紹

非線性光學材料是指光學性質(zhì)依賴于入射光強度的材料，非線性光學性質(zhì)也被稱為強光作用下的光學性質(zhì)，主要因為這些性質(zhì)只有在激光這樣的強相干光作用下才表現(xiàn)出來。

一、無機非線性光學材料

在二次非線性光學材料應用上，無機材料很長時間處于主要地位，取得了巨大的進展，已在許多裝置中獲得應用。與有機材料比，無機材料通常更穩(wěn)定，它們中許多材料都允許各向異性離子交換，使之可用于導波器材料，并且它們都有比有機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物及其氘代物晶體等。此類晶體生長簡單，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，化學穩(wěn)定性好，易加工和倍頻轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，是一種優(yōu)良的非線性光晶體，但紫外透過能力差限制了它在紫外區(qū)的應用。

3.硼酸鹽晶體

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

4.半導體材料

如Te、Ag3AsS3、CdSe，GaP，GaAs，α一SiC和β一SiC等，通過調(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響應。此類材料大多具有較高的非線性光學系數(shù)，缺點是晶體質(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效應，已被廣泛地應用。

鈮酸鋰單晶是一種具有優(yōu)良的線性和非線性光學特性的鐵電材料，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、電光開關及制造集成光學器件十分理想的無機晶體材料。同時，鈮酸鋰的壓電性能又使它成為制造超聲換能器、聲表器件的關鍵材料，可用于視頻和微波信號處理。鈮酸鋰絕大部分用于遠程通信。但鈮酸鋰容易產(chǎn)生光損傷，限制了它在較強激光場合中的應用。

6.沸石分子篩基材料

通過沸石分子篩基的分子組裝，可以得到非線性光學材料的納米團簇。因為某種分子篩只能允許一定大小的分子進入，其孔道結構在組裝過程中的作用極其重要。

研究較多的是在沸石中組裝有機非線性光學效應物質(zhì)。如在分子篩的孔道內(nèi)聚合生長的聚合物，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。同時作為基體的分子篩對客體有機分子起到保護作用，增強了客體的光熱穩(wěn)定性。

另外，可以通過調(diào)節(jié)分子篩骨架電化學組成而改變其介電常數(shù)，調(diào)節(jié)主客體之間的影響，從而增強非線性光學效應。又如，對某些有對稱中心的有機分子在某些分子篩中組裝之后產(chǎn)生非線性光學效應。如在A1PO4一5分子篩中利用氣相裝載的方法組裝對硝基苯胺后發(fā)現(xiàn)生成的包容化合物表現(xiàn)出一定的倍頻效應，可能A1PO4一5無對稱中心結構導致，而有對稱中心的沸石不產(chǎn)生這種影響。