非线性光学晶体的研究现状
摘要
本文论述了近几年的非线性光学晶体的研究现状，重点介绍了非线性光学晶体中的两大类：无机非线性晶体和有机非线性晶体的研究现状。
关键字：非线性光学晶体；无机；有机；现状；
1.引言
1961年, Franken首次发现了水晶激光倍频现象。这一现象的发现,不仅标志着非线性光学的诞生, 而且强有力地促进了非线性光学晶体材料的迅速发展。
随着非线性光学的深入研究和新型材料的不断发展, 使得非线性光学晶体材料在信息通讯、激光二极管、图像处理、光信号处理及光计算等众多领域都具有极为重要的作用和巨大的潜在应用,这些研究与应用对非线性光学晶体又提出了更多更高的物理化学性能要求, 同时许多应用也还在层出不穷地发展中,正是由于非线性光学晶体有着如此广阔的应用前景以及这些应用可能带来的光电子技术领域的重大突破,所以寻找与合成性能优异的新型非线性光学晶体一直是一个非常重要的课题,成为该领域人们关注的热点之一。
2.无机非线性光学晶体
无机非线性光学晶体是人们研究得较早的非线性光学材料, 大致可分为:(1)无机盐类晶体,包括硼酸盐、磷酸盐、碘酸盐、铌酸盐、钛酸盐等盐类晶体;(2)半导体型非线性光学晶体, 如Te、Se、GaAs、ZnSe、CdGeAs2 和CdGe(As1-xP)2等。随着激光科学与技术的不断发展,在频率转换方面,无机非线性光学晶体材料起着越来越重要的作用,下面我简单介绍几种。
(1)Cr : KTP晶体
晶体磷酸钦氧钾(KITOPO4,KTP )是一种具有优良性能的非线性光学晶体,具有非线性光学系数大, 透光波段宽,化学性能稳定,耐高温等特性.现已广泛地被用于激光频率转换领域.近些年来,随着光电子技术的发展,人们对掺杂KTP型晶体进行了多方面的研究,已形成了一系列KTP晶体家族.掺入有价值的稀土离子并使其符合发光要求,可获得激光自倍频晶体.1990年,LinJT首次简单地报道了Cr: KTP晶体实现激光自倍频运转情况.
Cr : K T P 晶体的荧光发射波段为8 00-8 50n m, 可望在自倍频后转换成波长为400-425nm的蓝色激光输出.但Cr: K T P晶体对蓝光有较强的吸收, 可采用晶体的定向生长方法来加以弥补.波长800-850nm 的基频光, 远小于KTP晶体的n类位相匹配的截止波长(1000nm左右), 因此, 当Cr :KTP晶体自倍频时, 只能使用I类位相匹配,而I类相匹配的有效非线性光学数相当小.但随着对KTP晶体应用研究的深入,特别是它在光波导领域中的应用,人们已成功地研制出多种新的位相匹配技术,如准位相匹配技术,实现了高效率I类倍频转换,输出波长范围为380-480nm,效率已超过50 % /w·cm2, 这些新的应用技术的发明,为进一步研究Cr:KTP晶体的激光自倍频效应展示出广阔的应用前景。
（2）AgGaS2 和AgGaSe2 晶体
AgGaS2 属于黄铜矿结构的晶体,点群42m。其透过范围从0.53 ～12μm。尽管它是以上提到的所有红外晶体中非线性光学参数最小的,但由于它达到550 nm的超短波透明性, 可用在Nd:YAG激光器泵浦的OPO中以及使用二氧化碳、Ti:蓝宝石、Nd:YAG与IR 染料,波长范围3-12μm的激光器的各种不同混频试验中。它还应用于直接对抗红外系统和CO2激光器的SHG。
AgGaSe2 也属于黄铜矿结构。具有0.73 ～18μm的透过波段范围。它的有效传输范围是0.9 ～16 μm,当使用各种现行常用的激光器泵浦时,其相位匹配范围大的特点使其应用到OPO中具有很大潜力;当使用波长2.05μm的Ho:YLF激光器泵浦时, 波长在 2.5 ～
12 μm范围可调;泵浦波长1.4 ～1.55 μm时,在1.9～5.5 μm范围内可使用非临界位相匹配(NCPM)操作, 大大提高转换效率;可用于脉冲调制CO2 激光器有效二次谐波振荡。
以上两种晶体的一个缺点就是具有热膨胀的各向异性,当降温冷却时,晶体沿a轴收缩而沿c轴(或光轴)膨胀,因为CO2激光产生二次谐波(SHG)所需的位相匹配条件要求样品在[110] 面内离c轴47°角方向定位, 所以晶体的最大长度将受毛坯直径的限制。目前, 国内四川大学材料科学系的朱世富课题组在AgGaS2 和AgGaSe2 等晶体的生长方面做了很多工作。
人们对无机非线性光学晶体在理论和应用方面已有了较深入的研究,目前已经将它们广泛用于激光倍频、电光调制、参量振荡、实时全息存贮、光计算、光数据处理等诸多领域,但多数无机非线性光学晶体或响应时间长,或制备工艺较困难,或可选择种类单一等, 总是不尽人意。根据当前无机非线性光学晶体材料发展情况, 对新型无机非线性光学晶体不仅要求具有大的倍频系数,而且还要求它的综合性能参数好, 同时易于生成优质大尺寸体块晶体,这就需要进行大量系统而深入的研究工作。
3.有机非线性晶体
3.1 有机非线性光学晶体的特点
有机材料在非线性光学领域起着非常重要的作用, 在许多光电子设备上如光信息、光记忆、图像处理、谐波发生器等都需要具有大尺寸、高机械强度、大的非线性光学系数、高的激光损伤阈值、化学稳定性以及蓝绿区域透明度好的有机晶体。
有机晶体作为非线性光学材料比无机晶体具有如下优点:
(1)有机分子种类和结构多样,分子可剪裁或修饰,且分子结构和晶体结构易于按器件需要进行特定的组合设计;
(2)有机晶体的光学非线性可发生在非共振区, 吸收、热耗小, 具有超快的响应时间,可达飞秒量级;
(3)有机晶体材料的抗光损伤阈值和非线性电极化率远大于无机晶体,高出1 ～2个数量级;
(4)有机晶体的介电常数远小于无机晶体,其较低的RC时间常数可获得大的带宽(高于10GHz),在光频下工作也可明显增加了光子器件的带宽;
(5)介电常数在低频和高频区域相差不大,可大大改进相位匹配。
在器件应用方面,用于倍频器件的晶体材料要求具有较大的非线性电极化率、高的抗损伤阈值和在短波长区低的吸收系数。材料的非线性电极化率或非线性系数越大,则在较短的相位匹配长度的情况下获得的倍频效率越高。通常有机非线性光学晶体材料比无机材料有高得多的非线性电极化率,而且倍频效应测试对材料的形状和加工过程要求相对简单, 因此与通常的无机晶体相比, 有机晶体有望在大功率激光器的高效倍频方面得到重要应用,而且就电光调制而言,有机晶体材料更具吸引力。但有机晶体也存在难以克服的固有缺陷, 如双折射率过大、接收角太小, 加之导热系数小、熔点低、易潮解等, 因此, 要获得有使用价值的有机非线性光学晶体材料也是有一定难度的。
3.2 有机非线性光学晶体的研究现状
自有机非线性光学晶体研究开始,简单有机化合物一直是其中的一个很重要的部分, 有机聚合物非线性光学材料也只是近几年发展起来的。目前已对相当数量的有机化合物晶体进行探索研究,力求寻找性能更为优异,满足实际应用需求的新型晶体。下表中即为最近几年探索研究的几种简单有机化合物非线性光学晶体。
表简单有机化合物非线性光学性能参数
4结论
非线性光学材料是材料学科中的一个非常重要的领域, 其基本原理及器件的设计思想已基本完成,当前的关键问题应是研究与寻求性能更加理想、实用的非线性光学晶体材料。这必将进一步推动光信息处理、光通信以及光计算等信息领域的发展, 带来巨大的社会效益和经济效益。
无机晶体是目前研究得较为成熟的一类非线性光学晶体,至今也已取得了非常显著的成绩,特别是在晶体的制备和器件的研究方面。目前我国在紫外、深紫外非线性光学晶体KBBF、KABO等单晶制备和深紫外谐波光的产生等方面,均获得重大突破,生长出20 ×10 ×1.8mm3 的KBBF单晶和50 ×20 ×17mm3 重达30g的KABO单晶,均属于国际最高水平。KBBF晶体的棱镜耦合技术属国际首创,已分别申请了中、美发明专利。在KBBF器件研究方面,创造了多项国际记录, 可以说我国在无机晶体方面的研究处于国际领先地位。
有机晶体尤其是有机聚合物明显高于一些无机和简单有机晶体的性能,引起了大家的广泛兴趣,它不仅具有良好的电光性能、优良的器件性能、低廉的价格,而且品种繁多,易于发展新的器件和产品, 这使它能够成为电光器件的一种重要的新型材料。不过目前所使用的非线性光学晶体大部分都还是无机晶体,有用的有机非线性光学晶体还需进一步加强研究。
半有机非线性光学晶体是近年来出现的一类新材料,由于它不仅可以综合有机与无机晶体两者的优势,并且能够有效地克服聚合物体系的一些缺点, 实现功能互补,协同优化,因而将是一类很有应用前景的非线性光学材料。
从现有的非线性光学晶体材料的发展状况来看,晶体的透光波段大多只适用于从紫外-可见-近红外区波段, 近年来才开始对深紫外、红外-远红外的变频晶体、新型电光、光折变晶体有所研究,因而加强这些方面的研究、改进制备工艺等, 生长出能够实际应用的优质非线性光学晶体材料是很有必要的。
参考文献
[1] 李云阁, 吴以成, 张国春, 等.非线性光学晶体Na3La9O3(BO3)8 的生长研究[J] .人工晶体学报, 2005, 34(3):387-389.
[2]AdamivVT,BurakYV,TeslyukIM.GrowthandPropertiesofNewNonlinearLiKB4O7SingleCrystal s[ J] .JournalofCrystalGrowth, 2006,289:157-160.
[3] 张国春, 吴以成, 傅佩珍, 等.一种新的非线性光学材料-Na3Sm2(BO3)3[J] .人工晶体学报, 2001, 30(3):227-231.
[4] 戚华, 陈创天.一种新型紫外非线性光学材料Ba2Be2B2O7[J] .人工晶体学报, 2001, 30(1):59-62.
[5]HuZG,MasashiYoshimura,YusukeMori,etal.GrowthofaNewNonlinearOpticalCrystal—BaAlBO 3F2[ J] .JournalofCrystalGrowth, 2004,260:287-290.
[6]KomatsuR,OnoY,KajitaniT,etal.OpticalPropertiesofaNewNonlinearBorateCrystalLiRbB4O7[ J] .JournalofCrystalGrowth, 2003, 257:165-168.
[7]IshwarBhatS,MohanRaoP,BhatAP,etal.GrowthandCharacterizationofaNewPromisingNLOMixe dBorateCrystal[ J] .JournalofCrystalGrowth, 2001, 233:208-210.
[8]TangDingyuan,XiaYounan,WuBochuang,etal.GrowthofaNewUVNonlinearOpticalCrystal:KBe 2 (BO3)F2[ J] .JournalofCrystalGrowth,2001, 222:125-129
非线性光学晶体的研究现状 摘要 本文论述了近几年的非线性光学晶体的研究现状，重点介绍了非线性光学晶体中的两大类：无机非线性晶体和有机非线性晶体的研究现状。 关键字：非线性光学晶体；无机；有机；现状； 1.引言 1961年, Franken首次发现了水晶激光倍频现象。这一现象的发现,不仅标志着非线性光学的诞生, 而且强有力地促进了非线性光学晶体材料的迅速发展。 随着非线性光学的深入研究和新型材料的不断发展, 使得非线性光学晶体材料在信息通讯、激光二极管、图像处理、光信号处理及光计算等众多领域都具有极为重要的作用和巨大的潜在应用,这些研究与应用对非线性光学晶体又提出了更多更高的物理化学性能要求, 同时许多应用也还在层出不穷地发展中,正是由于非线性光学晶体有着如此广阔的应用前景以及这些应用可能带来的光电子技术领域的重大突破,所以寻找与合成性能优异的新型非线性光学晶体一直是一个非常重要的课题,成为该领域人们关注的热点之一。 2.无机非线性光学晶体 无机非线性光学晶体是人们研究得较早的非线性光学材料, 大致可分为:(1)无机盐类晶体,包括硼酸盐、磷酸盐、碘酸盐、铌酸盐、钛酸盐等盐类晶体;(2)半导体型非线性光学晶体, 如Te、Se、GaAs、ZnSe、CdGeAs2 和CdGe(As1-xP)2等。随着激光科学与技术的不断发展,在频率转换方面,无机非线性光学晶体材料起着越来越重要的作用,下面我简单介绍几种。 (1)Cr : KTP晶体 晶体磷酸钦氧钾(KITOPO4,KTP )是一种具有优良性能的非线性光学晶体,具有非线性光学系数大, 透光波段宽,化学性能稳定,耐高温等特性.现已广泛地被用于激光频率转换领域.近些年来,随着光电子技术的发展,人们对掺杂KTP型晶体进行了多方面的研究,已形成了一系列KTP晶体家族.掺入有价值的稀土离子并使其符合发光要求,可获得激光自倍频晶体.1990年,LinJT首次简单地报道了Cr: KTP晶体实现激光自倍频运转情况. Cr : K T P 晶体的荧光发射波段为8 00-8 50n m, 可望在自倍频后转换成波长为400-425nm的蓝色激光输出.但Cr: K T P晶体对蓝光有较强的吸收, 可采用晶体的定向生长方法来加以弥补.波长800-850nm 的基频光, 远小于KTP晶体的n类位相匹配的截止波长(1000nm左右), 因此, 当Cr :KTP晶体自倍频时, 只能使用I类位相匹配,而I类相匹配的有效非线性光学数相当小.但随着对KTP晶体应用研究的深入,特别是它在光波导领域中的应用,人们已成功地研制出多种新的位相匹配技术,如准位相匹配技术,实现了高效率I类倍频转换,输出波长范围为380-480nm,效率已超过50 % /w·cm2, 这些新的应用技术的发明,为进一步研究Cr:KTP晶体的激光自倍频效应展示出广阔的应用前景。 （2）AgGaS2 和AgGaSe2 晶体 AgGaS2 属于黄铜矿结构的晶体,点群42m。其透过范围从0.53 ～12μm。尽管它是以上提到的所有红外晶体中非线性光学参数最小的,但由于它达到550 nm的超短波透明性, 可用在Nd:YAG激光器泵浦的OPO中以及使用二氧化碳、Ti:蓝宝石、Nd:YAG与IR 染料,波长范围3-12μm的激光器的各种不同混频试验中。它还应用于直接对抗红外系统和CO2激光器的SHG。 AgGaSe2 也属于黄铜矿结构。具有0.73 ～18μm的透过波段范围。它的有效传输范围是0.9 ～16 μm,当使用各种现行常用的激光器泵浦时,其相位匹配范围大的特点使其应用到OPO中具有很大潜力;当使用波长2.05μm的Ho:YLF激光器泵浦时, 波长在 2.5 ～
非线性光学材料 一、概述 20 世纪60 年代, Franken 等人用红宝石激光束通过石英晶体,首次观察到倍频效应,从而宣告了非线性光学的诞生，非线性光学材料也随之产生。 定义：可以产生非线性光学效应的介质 （一）、非线性光学效应 当激光这样的强光在介质传播时，出现光的相位、频率、强度、或是其他一些传播特性都发生变化，而且这些变化与入射光的强度相关。 物质在电磁场的作用下,原子的正、负电荷中心会发生迁移,即发生极化,产生一诱导偶极矩p 。在光强度不是很高时,分子的诱导偶极矩p 线性正比于光的电场强度E。然而,当光强足够大如激光时,会产生非经典光学的频率、相位、偏振和其它传输性质变化的新电磁场。分子诱导偶极矩p 就变成电场强度E 的非线性函数,如下表示: p = α E + β E2 + γ E3 + ?? 式中α为分子的微观线性极化率;β为一阶分子超极化率(二阶效应) ,γ为二阶分子超极化率(三阶效应) 。即基于电场强度E 的n 次幂所诱导的电极化效应就称之为n 阶非线性光学效应。 对宏观介质来说, p = x (1) E + x(2) E2 + x (3)E3 + ?? 其中x (1) 、x(2) 、x(3) ??类似于α、β、γ??,表示介质的一阶、二阶、三阶等n 阶非线性系数。因此,一种好的非线性光学材料应是易极化的、具有非对称的电荷分布的、具有大的π电子共轭体系的、非中心对称的分子构成的材料。另外,在工作波长可实现相位匹配,有较高的功率破环阈值,宽的透过能力,材料的光学完整性、均匀性、硬度及化学稳定性好,易于进行各种机械、光学加工也是必需的。易于生产、价格便宜等也是应当考虑的因素。 目前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。 常见非线性光学现象有： ①光学整流。E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。 ②产生高次谐波。弱光进入介质后频率保持不变。强光进入介质后，由于介质的非线性效应，除原来的频率ω外，还将出现2ω、3ω、……等的高次谐波。1961年美国的P.A.弗兰肯和他的同事们首次在实验上观察到二次谐波。他们把红宝石激光器发出的3千瓦红色（6943埃）激光脉冲聚焦到石英晶片上，观察到了波长为3471.5埃的紫外二次谐波。若把一块铌酸钡钠晶体放在1瓦、1.06微米波长的激光器腔内，可得到连续的1瓦二次谐波激光，波长为5323埃。非线性介质的这种倍频效应在激光技术中有重要应用。 ③光学混频。当两束频率为ω1和ω2（ω1＞ω2）的激光同时射入介质时，如果只考虑极化强度P的二次项，将产生频率为ω1＋ω2的和频项和频率为ω1－ω2的差频项。利用光学混频效应可制作光学参量振荡器，这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源，可发射从红外到紫外的相干辐射。 ④受激拉曼散射。普通光源产生的拉曼散射是自发拉曼散射，散射光是不相干的。当入射光采用很强的激光时，由于激光辐射与物质分子的强烈作用，使散射过程具有受激辐射的性质，称受激拉曼散射。所产生的拉曼散射光具有很高的相干性，其强度也比自发拉曼散射光强得多。利用受激拉曼散射可获得多种新波长的相干辐射，并为深入研究强光与
非线性光学晶体现状及发展趋势作者：赵斌 沈德忠、王晓洋、陈建荣 （中材人工晶体研究院） 前言 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。 伴随着激光技术从上世纪六十年代发展至今，非线性光学晶体也得到长足的发展，从最初的石英倍频晶体开始，不断涌现出铌酸锂（LiNbO3—LN）、磷酸二氢钾(KH2PO4—KDP)、磷酸二氘钾(KD2PO4—DKDP)、碘酸锂(LiIO3—LI)、磷酸氧钛钾(KTiOPO4—KTP)、偏硼酸钡(-BaB2O4—BBO)、三硼酸锂(LiB3O5—LBO)、铌酸钾（KNbO3—KN）、硼酸铯(CSB3O5—CBO)、硼酸铯锂(LiCSB6O10—CLBO)、氟硼酸钾铍（KBe2BO3F2—KBBF）以及硫银镓（AgGaS2—AGS）、砷镉锗（CdGeAs—CGA）、磷锗锌（ZnGeP2—ZGP）等非线性光学晶体，广泛应用于激光倍频、和频、差频、光参量放大以及电光调制、电光偏转等。比较有代表的例子是：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CLBO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。 就非线性光学晶体、器件及应用整个领域的科技水平来看，发达国家如美国、英国等居于世界前列，从最初的原理提出、新材料的探索、器件的开发，他们都作出了重要的贡献。在非线性晶体材料的生产上，日本、中国、和前苏联的一些国家如俄罗斯、乌克兰、立陶宛等，占有重要的地位，而美国和欧洲一些国家则主要侧重于非线性晶体器件及设备的制造。我国在非线性光学晶体领域占有重要的地位。 一、中国在本领域的世界地位 我国无论在非线性光学晶体的学术研究还是产业化方面，都在国际上有着重要的影响，特别是在可见、紫外波段非线性晶体的研究方面一直处于领先水平，受到世界瞩目。我国在非线性晶体领域最主要的成就是（1）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；（2）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；（3）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晶体在全世界得到普遍的应用，促进了激光技术的发展。（4）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。 我国多种非线性光学晶体的生长技术居国际先进水平，国外已有的所有晶体生长方法我国都有，几乎所有重要的非线性光学晶体都已生长出来，一些重要晶体满足了国内重大工程需求，一批高技术晶体已成为商品，在国际上享有盛誉。
黑磷等二维材料的非线性光学特性研究 非线性光学是光子学的研究基础,广泛用于光信息技术、激光技术、材料分析和纳米光子技术中。非线性光学效应是非线性光学研究的热点。寻找具有大的非线性极化率、高损伤阈值和合适的响应时间的非线性光学材料一直是研究人员追寻的目标。二维纳米材料具有优异的非线性光学效应,广泛用于激光器、光调制器和光开光等光电器件中,引起了科研人员的广泛关注。 石墨烯是最早发现的二维材料,具有工作带宽宽、非线性折射率大和响应时间快等优点,在激光器领域的应用已经逐渐成熟。但是,石墨烯材料本身是零带隙的电子结构,特别是损伤阈值低、调制深度可调范围小和存在热效应等缺点限制了其在高能量激光器中的应用。因此,科研人员进一步寻找具有宽波段饱和吸收特性、超快响应时间、低损耗阈值、大调制深度、高损伤阈值和低成本等优点的二维材料。除了石墨烯外,拓扑绝缘体、过渡金属硫化物和黑磷等二维材料相继被制备出来。 这些二维材料具有不同的能带结构,展现了不同的物理、化学和电学等性质。本文针对拓扑绝缘体和黑磷等二维材料的制备和非线性光学特性进行了系统的研究,取得了以下成果:（1）采用自下而上的实验方法制备拓扑绝缘体:硒化铋,得到了尺寸均一的双层硒化铋纳米片,厚度为3-7 nm。实验结果表明,这种方法制备过程简单,重复率高,并且能控制硒化铋的尺寸。这种制备超薄均匀的硒化铋纳米片的方法为其他二维材料的制备提供了新的思路,将有可能被推广到其他二维层状材料制备中。 此外,采用飞秒Z扫描技术,在800 nm波段,实验测得硒化铋在800nm和1565 nm波段具有良好的饱和吸收特性。在800 nm,通过拟合得到硒化铋纳米片的饱和光强为32 GWcm-2,调制深度为88%。在1565 nm,拟合得到的硒化铋纳米片的饱和光强为3.7 MWcm-2,调制深度为36%。把双层硒化铋纳米片作为可饱和吸收体用于被动锁模激光器中,能产生中心波长为1571 nm,脉宽为579 fs,重复频率为12.54 MHz的锁模脉冲。 （2）系统研究了尺寸对黑磷材料的非线性光学性质的影响。用液相剥离法结合分段离心技术制备三种不同尺寸的黑磷纳米片。通过透射电子显微镜、原子力显微镜、拉曼仪器以及粒度分析仪等仪器表征这三种黑磷纳米片的形态差异。
非线性光学材料 摘要：非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光信息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。在目前信息技术高速发展的时代，光电子工业发展迅猛，对光电功能材料的需求也日趋增长。在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学材料为基础材料，因此，近几十年来非线性光学材料引起了人们的广泛关注，对它的研究也以日新月异的速度发展着。 关键词：非线性光学材料；光电功能材料 1.简介 在目前信息技术高速发展的时代，光电子工业发展迅猛，对光电功能材料的需求也日趋增长。在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学材料为基础材料，因此，近几十年来非线性光学材料引起了人们的广泛关注，对它的研究也以日新月异的速度发展着。非线性光学材料是指一类受外部光场、电场和应变场的作用，频率、相位、振幅等发生变化，从而引起折射率、光吸收、光散射等变化的材料。在用激光做光源时，激光与介质间相互作用产生的这种非线性光学现象，会导致光的倍频、合频、差频、参量振荡、参量放大，引起谐波。利用非线性光学材料的变频和光折变功能，尤其是倍频和三倍频能力，可将其广泛应用于有线电视和光纤通信用的信号转换器和光学开关、光调制器、倍频器、限幅器、放大器、整流透镜和换能器等领域。物质在电磁场的作用下，原子的正、负电荷中心会发生迁移，即发生极化，产生一诱导偶极矩p。在光强度不是很高时，分子的诱导偶极矩p线性正比于光的电场强度E。然而，当光强足够大如激光时，会产生非经典光学的频率、相位、偏振和其它传输性质变化的新电磁场。分子诱导偶极矩p 就变成电场强度E的非线性函数，如下表示:p=αE+βE2+γE3+……式中α为分子的微观线性极化率;β为一阶分子超极化率(二阶效应)，γ为二阶分子超极化率(三阶效应)。即基于电场强度E的n次幂所诱导的电极化效应就称之为n阶非线性光学效应。一种好的非线性光学材料应是易极化的、具有非对称的电荷分布的、具有大的π电子共轭体系的、非中心对称的分子构成的材料。另外，在工作波长可实现相位匹配，有较高的功率破环阈值，宽的透过能力，材料的光学完整性、均匀性、硬度及化学稳定性好，易于进行各种机械、光学加工也是必需的。易于生产、价格便宜等也是应当考虑的因素。目前研究较多的是二阶和三阶非线性光学效应。 2.非线性光学材料分类 自从20世纪60年代诞生起，非线性光学材料的研究取得了很大的进展，有很多已经进实用化阶段[1-3]。根据组成可将非线性光学材料大致分为无机非线性光学材料，有机非线性
非线性光学晶体材料 一、什么是非线性光学晶体 光通过晶体进行传播时，会引起晶体的电极化。当光强不太大时，晶体的电极化强度与光频电场之间呈线性关系，其非线性关系可以被忽略；但是，当光强很大时，如激光通过晶体进行传播时，电极化强度与光频电场之间的非线性关系变得十分显著而不能忽略，这种与光强有关的光学效应称为非线性光学效应，具有这种效应的晶体就称为非线性光学晶体。 二、非线性光学晶体材料的产生 1961年，美国科学家Franken将一束红宝石产生的激光束入射到石英晶体上，发现射出的激光束中除了红宝石的693.4nm的光束外，在紫外区还出现了一条二倍频率的347.2nm的光谱线，这是首次发现晶体的非线性光学效应。科学家们立即认识到非线性光学材料可以作为激光变频材料。在近50年的发展中，非线性光学晶体材料已成为最重要的信息材料之一，广泛应用于激光通信、光学雷达、医用器件、材料加工、x射线光刻技术等，在人们的生活中起到了越来越重要的作用。 图1 激光的倍频辐射现象 三、非线性光学晶体材料的应用和发展 非线性光学晶体与激光紧密相连，是实现激光的频率转换、调制、偏转和Q 开关等技术的关键材料。当前，直接利用激光晶体获得的激光波段有限，从紫外到红外谱区，尚有激光空白波段。而利用非线性光学晶体，可将激光晶体直接输
出的激光转换成新波段的激光，从而开辟新的激光光源，拓展激光晶体的应用范围。非线性光学晶体材料是光电子技术特别是激光技术的重要物质基础，可以用于激光频率转换、调制激光的强度和相位、实现激光信号的全息存储等，在激光通讯、激光信息存储与处理、激光材料加工以及军用激光技术等领域都有重要应用。 图2 非线性光学材料的广泛应用 近几十年来，人们在研究与探索非线性光学晶体材料方面做了大量工作，取得了丰硕的研究成果，涌现出了一批性能优良的非线性光学晶体。人们已将非线性光学晶体材料，由无机晶体拓展到有机晶体，由体块晶体发展到薄膜、纤维和超晶格材料。将非线性光学晶体的性质与其内部微观结构联系起来，有意识的通过分子设计、晶体工程等科学方法来探索与研制各种新型的非线性光学晶体材料，向科学更深层次的方向发展，从而促成了非线性光学领域内不断创新。
1、（1）查阅资料综述主要非线性光学晶体种类、性能特征、液相生长技术及 其制；（2）试以倍频/混频非线性光学效应原理分析光参量振荡器工作原理。 非线性光学晶体的种类： KDP晶体:中文名称磷酸二氢钾晶体 英文名称potassium dihydrogen phosphate crystal，KDP 化学式为KH2PO4的非线性光学晶体，属四方晶系。非线性系数d3630.63×10012m/V，对0.69430m激光倍频相位匹配角θmm50.451°。 磷酸二氢钾(KDP)晶体是一种最早受到人们重视的功能晶体，人工生长KDP 晶体已有半个多世纪的历史，是经久不衰的水溶性晶体之一。KDP晶体的透光波段为178nm～1.45um，是负光性单轴晶，其非线性光学系数d36（1.064um）=0.39pm/V，常常作为标准来比较其他晶体非线性效应的大小，可以实现Ⅰ类和Ⅱ类位相匹配，并且可以通过温度调谐来实现非临界位相匹配(包括四倍频和和频)。属于四方晶系，点群D4h，无色透明。该晶体具有多功能性质。上世纪50年代，KDP作为性能优良的压电晶体材料，主要被应用于制造声纳和民用压电换能器。60年代，随着激光技术出现，由于KDP晶体具有较大的非线性光学系数和较高的激光损伤阈值，而且晶体从近红外到紫外波段都有很高的透过率，可对1.064μm激光实现二倍频，同时KDP晶体又是一种性能优良的电光晶体材料。使得该晶体在高功率激光系统受控热核反应、核爆模拟等重大技术上更显现出它的应用前景，因此，对特大尺寸的KDP优质光学晶体的研究，在国内外一直受到研究者的极大关注。 性能特征：1. 晶体溶解度：从溶液中生长单晶体，很重要的一个参数是了解物质的溶解度。根据溶解度与温度的关系绘制得到物质的溶解度曲线，它是选择晶体生长方法和生长温度区间的重要依据。 2.晶体结晶习性：取少量纯固体磷酸二氢钾将其配制成未饱和溶液（以溶解度曲线为依据），自然蒸发数日后逐渐达到饱和，此时溶液形成少量晶核，在结晶驱动力作用下，逐渐形成外形完整的KDP小籽晶。 3. 单晶培养：根据物质的溶解度曲线，配置某一温度下一定量的饱和溶液（注意控制溶液pH≈ 4.5）至育晶器中，将育晶器放入恒温槽，用吊晶法准确测出溶液饱和点温度，然后升温至比饱和点温度高出5℃，让溶液恒温隔夜过热，除净结晶中心。选择Z轴方向无缺陷晶片作为生长籽晶，固定于籽晶架上，在稍高于饱和点温度下，放入籽晶，并逐渐降至饱和点，采用降温法按每天一定降温速率（0.4℃/day）从水溶液中培养单晶。 KTP晶体: 具有大的非线性系数，大的容许温度和容许角度，激光损伤阈值较高，化学性质稳定，不潮解，机械强度适中，倍频转化效率高达70%以上等特性，是中小功率固体绿光激光器的最好倍频材料。 性能特征：大的非线性光学系数（约为KDP晶体的15倍）宽的接收角度和小的走离角透过波段宽高光电转换效率和低的介电常数具有良好的物理、化学和机械性能高的热传导系数（为BBN晶体的2倍）低失配度相比于BBO 和 LBO 成本较低。现在最主要应用是二倍频和OPO应用（激光测距），尤其是OPO应用近几年发展非常迅速。 LiNbO 晶体： 3 铌酸锂晶体简称LN，自1965年Ballman等报道利用Czochralshi技术成功
光子晶体及其特性 王娟娟 摘要:光子晶体是一种介电常数不同的、其空间呈周期分布的新型光学材料。通过深入研究,达到进一步了解光子晶体的原理、特性、制备方法以及应用之目的。 关键词:光子晶体光子禁带光子局域Purce ll效应 1.引言 20世纪，半导体的发现并应用引发了一场影响开半导体材料，半导体内部存在周期性势场电子受到周期性势场的调制发生布拉格散射形成能带结构，而带与带之间可能存在禁带，落入禁带中的电子则无法继续传播。 1987 年 E. Yablonovich 和 S. John 分别提出了光子晶体的概念[1-2] 光子 晶体是由不同介电常数的物质在空间周期性排列而形成的人工微结构，当电磁波通过光子晶体时光子晶体中周期性排布的介电常数会对电磁波进行调制，从而产生光子能带能带之间可能存在禁带与半导体对比可以发现在光子晶体中，周期性分布的介电常数起到了半导体中周期性势场的作用，同时与电子禁带相对应的也有光子禁带的存在，因此有人又把光子晶体称为光半导体光子晶体可以用于制作光子晶体偏振器件、光子晶体微波天线、光子晶体棱镜、光子晶体光纤光 子晶体波导等[3-6] 在光通信，光电集成等方面具有极其广阔的应用前景。 2.光子晶体 光子晶体按照其周期性排列方式可分为一维、二维和三维光子晶体，它们的介电常数分别在一维、二维和三维空间上周期性排列，其中一维光子晶体就是常见的多层膜结构，二维光子晶体是周期性排列的介质柱或空气孔，三维光子晶体中介电常数则在3个方向具有周期性在实际应用中，二维光子晶体有着更广泛的前景更受到人们的重视光子晶体具有高低折射率材料交替排列的周期性结构 可以对相应频率的电磁波进行调制产生光子禁带[7-8] ，如果在3个方向上都存在 周期结构，可以产生全方位的光子禁带，在全方位光子禁带中与该禁带频率相对应的电磁波将被完全禁止传播光子禁带是光子晶体的主要特性，光子晶体的另一个特性是光子局域若光子晶体的周期结构被破坏就会在光子禁带中产生缺陷
浅谈对非线性光学的认识 以前看到非线性光学这个名称，只知道它是相对于线性光学而言的，至于它们之间有什么具体的区别，学了这门课之后才开始了解。非线性光学是研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。在线性光学效应中，出射光强与入射光强成正比，不同频率的光波之间没有相互作用，包括不能交换能量。非线性光学效应中，出射光强不与入射光强成正比，不同频率光波之间存在相互作用，包括可以交换能量。 过去的光学理论认为，介质的极化强度与入射光波的场强成正比。于是，表征物质光学性质的许多参数，如折射率、吸收系数等都是与光强无关的常量。普遍的光学实验证实，单一频率的光通过透明介质后频率不会发生任何变化，不同频率的光之间不会发生相互耦合作用。激光出现后的短短的几年内，人们观察到许多用过去的光学理论无法解释的新效应。为了解释这些新效应，产生了非线性光学。非线性作用出现，从而可以实现光和光之间的相互作用。 常见非线性光学现象有：①光学整流。E2项的存在将引起介质的恒定极化项，产生恒定的极化电荷和相应的电势差，电势差与光强成正比而与频率无关，类似于交流电经整流管整流后得到直流电压。②产生高次谐波。弱光进入介质后频率保持不变。强光进入介质后，由于介质的非线性效应，除原来的频率ω外，还将出现2ω、3ω、……等的高次谐波。1961年美国的P.A.弗兰肯和他的同事们首次在实验上观察到二次谐波。他们把红宝石激光器发出的3千瓦红色（6943埃）激光脉冲聚焦到石英晶片上，观察到了波长为3471.5埃的紫外二次谐波。若把一块铌酸钡钠晶体放在1瓦、1.06微米波长的激光器腔内，可得到连续的1瓦二次谐波激光，波长为5323埃。非线性介质的这种倍频效应在激光技术中有重要应用。③光学混频。当两束频率为ω1和ω2（ω1＞ω2）的激光同时射入介质时，如果只考虑极化强度P的二次项，将产生频率为ω1＋ω2的和频项和频率为ω1－ω2的差频项。利用光学混频效应可制作光学参量振荡器，这是一种可在很宽范围内调谐的类似激光器的光源，可发射从红外到紫外的相干辐射。④受激拉曼散射。普通光源产生的拉曼散射是自发拉曼散射，散射光是不相干的。当入射光采用很强的激光时，由于激光辐射与物质分子的强烈作用，使散射过程具有受激辐射的性质，称受激拉曼散射。所产生的拉曼散射光具有很高
非线性光学材料研究 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
非线性光学材料研究 摘要： 非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光信息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。本文通过对三种非线性光学材料—石墨烯、碳纳米管和量子点的性能、制备以及应用展开综合性描述。阐述当今时代非线性光学材料的发展前景和探索其未来更广阔的的应用领域。 关键词： 非线性光学材料；石墨烯；碳纳米管；量子点；综述 Study on nonlinear optical materials Abstract: Nonlinear optical material is a kind of optoelectronic functional material which has wide application prospect in the fields of photoelectric conversion, optical switch, optical information processing and so on. In this paper, the properties, preparation and application of three kinds of nonlinear optical materials - graphene, carbon nanotubes and quantum dots, are described. The development of nonlinear optical materials in the present age and its future application fields are described. Key words: Nonlinear optical materials; graphene; carbon nanotubes; quantum dots; review 1 简介 非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光信息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。在目前信息技术高速发展的时代，光电子工业发展迅猛，对光电功能材料的需求也日趋增长。在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学材料为基础材料，因此，近几十年来非线性光学材料引起了人们的广泛关注，对它的研究也以日新月异的速度发展着。 非线性光学是随着激光技术的出现而发展形成的一门学科分支，是近代科学前沿最为活跃的学科领域之一。数十年间,非线性光学在基本原理、新型材料的研究、新效应的发现与应用方面都得到了巨大的发展，成为光学学科中最活跃和最重要的分支学科之一。
我国无机非线性光学晶体的发展历程
我国无机非线性光学晶体的发展历程 作者：沈德忠院士 材料是人类社会生产力发展程度的重要标志。我们用“旧石器时代”、“新石器时代”、“铁器时代”等等来划分不同生产力发展阶段的历史时期。人工晶体也能起到划分时代的作用：水晶及其压电元件的研制成功，将人类带入无线电通讯的新时代;单晶硅及其集成电路的普及，标志着电子时代的到来;红宝石及其激光器的研制成功，预示着人类进入光电子时代。 水晶、单晶硅、红宝石都是人工晶体材料，这些人工晶体材料都已经产业化，在全世界大量生产。当然，这三种材料也只分别是压电材料、半导体材料、激光材料的代表。随着科技的不断发展，各领域的新材料不断涌现。例如激光材料，继首次实现激光输出的红宝石之后，又出现了激光性能更好的钇铝石榴石、钆镓石榴石、钒酸钇等激光晶体。但是，尽管新型激光晶体不断被研制出来，所输出的激光波长并没有覆盖从紫外到红外的整个光谱范围，而是多半集中在1064nm附近，这就大大制约了激光的应用。于是人们进一步研究、寻找具有改变激光频率特性的材料——非线性光学晶体，利用这类晶体进行倍频、和频、参量震荡等光学变换来获得从紫外到红外的激光输出。信息来自:https://www.doczj.com/doc/1615230214.html, 上世纪七、八十年代，能用作激光变频的无机非线性光学晶体只有石英、磷酸二氢钾、铌酸锂、以及铌酸钡钠等几种，这些晶体都有缺点。石英的有效非线性光学系数太小，频率转换效率极低;磷酸二氢钾不但非线性系数小，而且在空气中还易潮解;铌酸锂的非线性系数虽然比较大，但抗激光的损伤阈值很低，很容易被打坏，且透过波段在325-5500 nm范围，不能用紫外倍频;铌酸钡钠晶体十分难长，很难制备出高光学均匀性的单晶。所以在激光发明十多年后，其频率转换工作仍没有取得明显进展。 上世纪七十年代末，中科院物质结构研究所研制出新型非线性光学晶体——低温相硼酸钡(β-BaB2O4,简称β-BBO)[图1]，该晶体有适中的非线性光学系数，不潮解、抗激光损伤能力强。透过波段较宽(190nm-3500nm)，对1064nm激光可进行四、五倍频获得266nm、213nm的紫外激光输出。
非线性光学材料 物理科学与技术学院 物理学类 胡健 2010301020087 【摘要】：本文主要介绍非线性光学材料的发展历程，种类，特征，即非光学性，并展望了非线性光学材料的发展前景，和它在科研项目中所发挥的作用。 【关键字】：非线性光学材料，共振非线性，非共振非线性，非线性系数。 一、非线性光学的由来： 非线性光学材料起步的时间较短。在1961年Franken等用红宝石光束通过石英晶体时，观察到倍频效应。1962年Bloembergen等创立了光波混频理论，这就是非线性光学的的诞生。进而产生非线性光学材料。它指一类受到外部光场、电场和应变场的作用，频率、相位、振幅等发生变化，从而引起折射率、光吸收、光散射等变化的材料，能够进行光波频率转换和光信号处理，比如利用混频现象实现对弱光信号的放大、利用非线性响应实现光记录和运算功能等，因此在激光、通讯、电子仪器及医药器材等领域有重要的应用价值。 二、非线性光学的种类 非线性光学材料就是那些光学性质依赖于入射光强度的材料，非线性光学性质也被称为强光作用下的光学性质，这是因为这些性质只有在
激光的强相干光作用下表现出来的，通过利用非线性光学晶体的倍频、和频、差频、光参量放大和多光子吸收等非线性过程可以得到频率和入射光频率不同的激光，从而达到光频率变换的目的，因此对非线性光学材料的确立就有了以下的依据①有较大的非线性极化率。这是基本的但不是唯一的要求。由于目前激光器的功率可达到很高的水平，即使非线性极化率不很大，也可通过增强入射激光功率的办法来加强所要获得的非线性光学效应；②有合适的透明程度及足够的光学均匀性，亦即在激光工作的频段内，材料对光的有害吸收及散射损耗都很小；③能以一定方式实现位相匹配（见光学位相复共轭）；④材料的损伤阈值较高，能承受较大的激光功率或能量；⑤有合适的响应时间，分别对脉宽不同的脉冲激光或连续激光作出足够响应。 对非线性光学材料中最为实用的进行简单介绍： （1）、半导体材料 在电子学中，半导体材料有着极为广泛的用途，通过引入少量的掺杂，就会极大地改变其光学性能，从而满足对半导体材料的不同性能的要求。半导体材料的三阶非线性光学效应表现为与强度相关的反射率和吸收系数。从微观结构来讲，这些效应广义地分类为共振非线性和非共振非线性。当光子能量接近于半导体的基础吸收限时，由光子激发产生载流子，从而产生共振非线性，当光子能量远低于基础吸收限时，产生非共振非线性。半导体材料非线性光学效应的反应速率与产生非线性的机理密切相关。反应最快的非线性光学过程是光电辐射与束缚电子之间的非共振作用，这些与光子作用的电子占据了外层电子壳
1 说出电极化率的 4 种对易对称性，并说明满足的条件？ 本征对易对称性（不需要任何条件）、完全对易对称性（介质无耗）、时间反演对称性（介质无耗）、空间对称性χ（1）是对称张量（介质无耗）； 2 说出下式的物理意义： 表示由频率为ωm ，场振动方向为x 方向的场分量E x (ωm )，频率为ωn 、场振动方向为y 方向的场分量E y (ωn )以及频率为ωl ，场振动方向为z 方向的场分量E z (ω1 )三者间的非线性相互作用所引起的在x 方向上的三阶非线性电极化强度的一个分量。 3 对于二次谐波和三次谐波，相干长度的物理意义？参量过程中的位相匹配有和物理意义？ 举例说明两种实现位相匹配的方法？ 1）Lc 物理意义: 三次谐波强度第一次达到其最大值的路程长度，典型值为1～100mm.如 ?K=0，Lc 为无穷大。 2) 位相匹配的物理意义：在位相匹配条件下，二次谐波和三次谐波等非线性效应产生过 程效率会大到最高，相应的位相不匹配条件下，产生效率会大大降低。 3）利用晶体的双折射特性补偿晶体的色散效应，实现相位匹配。 在气体工作物质中，利用缓冲气体提供必要的色散，实现相 位匹配。 4 为什么参量振荡器能够产生连续输出频率，而激光器只能输出单个频率？ 能量守恒 ω3=ω1+ω2 动量守恒 n 3ω3=n 1ω1+n 2ω2 改变温度、角度(对非常光)、电场、压力等可改变晶体的折射率，从而改变参量振荡器的12。因此参量振荡器可实现连续调谐。 而激光振荡器是利用原子跃迁的机理工作的，不能连续调谐。这是参量振荡器和激光振荡 器的区别 5 在拉曼散射中，为何观察不到高阶斯托克斯散射？在受激拉曼散射中，高阶斯托克斯散射 光却较强？高阶斯托克斯光的散射角有什么变化规律？ 由ωp ，ωs 非线性作用产生。如一级反斯托克斯散射光ω's =ωp +ωv = ωp + ωp - ωs 由ωp , ωp , ωs 通过三阶非线性产生。 代入上式，一级反斯托克斯散射光只有满足相位匹配条件： (3)0(,,)()()()exp[()] xxyz m n l x m y n z l m n l E E E i t εχωωωωωωωωω-++(3)'(3)0(,)3(,)()()()s p p s p p s r ωεωωωωωω=-M P a a a χ(,)(,)(,)exp[(2)] *p p s p s E r E r E r i ωωω?-?K K r 101 p s s ?--='K =2K K K
计算化学在非线性光学材料中的应用 摘要非线性光学是随着激光技术的出现而发展形成的一门学科分支，是近代科学前沿 最为活跃的学科领域之一，而计算化学在非线性光学材料中发挥着重要作用。非线性光学在基本原理、新型材料的研究、新效应的发现与应用方面都得到了巨大的发展，成为光学学科中最活跃和最重要的分支学科之一。 关键词非线性光学极化率,密度泛函理论计算,扩散函数，尿素晶体;电子结构;倍频系数;从头计算，一阶超极化率； 1 非线性光学材料的研究发展现状 作为一种较好的非线性光学材料，必须满足：(1)有适当大小的非线性系；(2)在工作波长应有很高的透明度(一般吸收系数α<0.01)；(3)在工作波长可以实现相位匹配；(4)有较高的光损伤阀值；(5)能制成具有足够尺寸、光学均匀性好的晶体；(6)物化性能稳定，易于进行各种机械、光学加工。[1] 2 计算化学在非线性光学材料中的应用举例 2.1 非线性光学极化率密度泛函理论计算的基组效应 由于分子的非线性光学性质与分子外层电子行为及激发性质密切相关,扩散函数对分子的非线性光学极化率计算非常重要.几何结构优化中,GGA(the generalized gradient approximation)部分都采用Beck-Perdew校正.在全部二阶非线性光学极化率的计算中,GGA部分都采用能较好描述非线性现象的定域校正SOAP(statistical average of different orbital model potentials).CO和HF的结构参数(rCO=0.1612 nm,rHF=0.0917 nm）。.对CH 3CN,PNA两个分子采用DZP基组进行结构优化(其中在C 3v 对称下优化CH3CN分 子结构,在C 2v 对称下优化PNA分子结构).然后分别在ET-QZ3P-1DIFFUSE基组、DZP基组、TZP基组、自创的DZP+df基组水平上计算CO,HF,CH3CN,PNA的含频二阶非线性光学极化率.在使用DZP,TZP,DZP+df基组时,C,O,N,原子内核轨道封闭到1s.对于含有重金属原子Ru的二价离子5,由于相对论效应不可忽视,所以碎片的产生、结构优化和含频二阶非线性光学极化率计算都考虑了相对论效应,采用标度的ZORA近似(the zero-order regular approximation).对5在Cs对称群下进行结构优化和含频非线性光学极化率的计算.在结构优化中,C,N,O,H采用DZP基组,Ru原子采用TZP基组.在含频二阶非线性光学极化率计算中,C,N,O,H分别采用DZP基组、TZP基组、DZP+df基组,而Ru原子采用TZP基组.C,N,O 原子内核封闭至1s内核轨道,Ru原子封闭到3d轨道.全部计算采用使用ADF2002程序包在集群并行计算机上完成.[2] 2.2 尿素晶体线性和非线性光学系数的计算 使用从头计算平面波赝势法计算了尿素晶体的电子能带结构、线性和非线性光学系数,折射率和倍频系数的计算结果与实验结果基本符合。晶体的线性光学性质(折射率、吸收
非线性光学材料研究 摘要： 非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光信息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。本文通过对三种非线性光学材料—石墨烯、碳纳米管和量子点的性能、制备以及应用展开综合性描述。阐述当今时代非线性光学材料的发展前景和探索其未来更广阔的的应用领域。 关键词： 非线性光学材料；石墨烯；碳纳米管；量子点；综述 Study on nonlinear optical materials Abstract: Nonlinear optical material is a kind of optoelectronic functional material which has wide application prospect in the fields of photoelectric conversion, optical switch, optical information processing and so on. In this paper, the properties, preparation and application of three kinds of nonlinear optical materials - graphene, carbon nanotubes and quantum dots, are described. The development of nonlinear optical materials in the present age and its future application fields are described. Key words: Nonlinear optical materials; graphene; carbon nanotubes; quantum dots; review 1 简介 非线性光学材料是一类在光电转换、光开关、光信息处理等领域具有广泛应用前景的光电功能材料。在目前信息技术高速发展的时代，光电子工业发展迅猛，对光电功能材料的需求也日趋增长。在光电子工业中如光开关、光通讯、光信息处理、光计算机、激光技术等都需要以非线性光学材料为基础材料，因此，近几十年来非线性光学材料引起了人们的广泛关注，对它的研究也以日新月异的速度发展着。? 非线性光学是随着激光技术的出现而发展形成的一门学科分支，是近代科学前沿最为活跃的学科领域之一。数十年间,非线性光学在基本原理、新型材料的研究、新效应的发现与应用方面都得到了巨大的发展，成为光学学科中最活跃和最重要的分支学科之一。?
所谓，是指具有铁电效应的一类材料，是热释电材料的一个分支。“铁电现象”或“铁电效应”：这种材料的晶体结构在不加外时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。 3.1 基本的非线性光学晶体 3.1.1 LiB305，三硼酸锂(LBO) 3.1.2 KH2P04，磷酸二氢钾(KDP) 3.1.3 KD2PO4，氘化磷酸二氢钾(DKDP) 3.1.4 NH4H2PO4，磷酸二氢铵(ADP) 3.1.5 p—BaB2O4，偏硼酸钡(BBO) 3.1.6 LilO3，碘酸锂 3.1.7 KTiOPO4，磷酸钛氧钾(KTP) 3.1.8 LiNbO3，铌酸锂 3.1.9 KNbO3，铌酸钾 AgGaS2，硫镓银 ZnGeP2，磷锗锌 3.2 常用的非线性光学晶体 3.2.1 KB5O8·4H2O，四水合五硼酸钾(KB5) 3.2.2 CO(NH2)2，尿素 3.2.3 CsH2AsO4，砷酸二氢铯(CDA) 3.2.4 CsD2AsO4，氘化砷酸二氢铯(DCDA) 3.2.5 KTiOAsO4，砷酸钛氧钾(KTA) 3.2.6 MgO：LiNbO3，氧化镁掺杂铌酸锂 3.2.7 Ag3AsS3，淡红银矿 3.2.8 GaSe，硒化镓 3.2.9 AgGaSe2，硒镓银
CdSe，硒化镉 CdGeAs2，砷锗镉 3.3 其他无机非线性光学晶体 3.3.1 KB5O8·4D2O3氘化四水合五硼酸钾(DKB5) 3.3.2 CsB305，三硼酸铯(CBO) 3.3.3 BeSO4·4H2O，四水合硫酸铍 3.3.4 MgBaF4，氟化钡镁 3.3.5 NH4D2P04，氘化磷酸二氢铵(DADP) 3.3.6 RbH2PO4，磷酸二氢铷(RDP) 3.3.7 RbD2P04，氘化磷酸二氢铷(DRDP) 3.3.8 KH2As04，砷酸二氢钾(KDA) 3.3.9 KD2AsO4，氘化砷酸二氢钾(DKDA) …… 3.4 其他有机非线性光学晶体 3.5 结晶石英的性质 3.6 新进展 第4章非线性晶体的应用 4.1 钕激光器的激光谐波发生 4.1.1 在无机晶体中钕激光辐射的二次谐波发生4.1.2 在有机晶体中1.064um辐射的二次谐波发生4.1.3 腔内SHG 4.1.4 三次谐波发生 4.1.5 四次谐波发生 4.1.6 五次谐波发生