(精选)非线性光学晶体材料

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。

非线性光学晶体材料的选材与设计研究随着科技的不断发展，非线性光学晶体材料的应用也越来越广泛。

非线性光学晶体材料能够产生比线性光学材料更强大、更复杂的光学效应。

在激光技术、通信技术、光电子学、医学、生物学等领域都有着广泛的应用。

选材和设计是非线性光学晶体材料制备的重要环节，本文将对非线性光学晶体材料的选材和设计进行详细探讨。

一、非线性光学晶体材料的基本概念选材和设计之前需要先了解非线性光学晶体材料的基本概念。

非线性光学晶体是指在高强光作用下，产生非线性光学效应的晶体。

这种晶体材料有着类似于线性光学晶体的结构和非线性介电性质。

在高强光作用下，非线性光学晶体材料中的电子吸收和产生非线性的光学响应。

在实际应用中，非线性光学晶体材料分为三类：非线性光学晶体、非线性光学液晶和非线性光学有机材料。

非线性光学晶体具有峰值功率、时间延迟和非均匀性等性质。

非线性光学液晶具有快速响应、可控性、低电压驱动等性质。

非线性光学有机材料则具有低成本、透明度等性质。

二、非线性光学晶体材料的选材在选材时需要考虑的因素有很多，包括非线性系数、二阶非线性系数、三阶非线性系数、透明度、光强损失、光学吸收、激光损伤阈值、生长方法、晶体结构和热学稳定性等。

良好的非线性光学晶体材料需要满足这些要求。

1. 非线性系数非线性系数是材料优劣的关键指标之一。

非线性光学晶体材料的非线性系数越大，非线性光学效应就越显著。

因此，选材时需要优先考虑非线性系数。

BaB2O4、LiNbO3、KTA、LBO、BBO 等晶体都具有很高的非线性系数。

2. 二阶非线性系数二阶非线性系数是材料进行二次谐波发生的指标。

二阶非线性系数越大，二次谐波转化效率越高。

在实际应用中，二阶非线性系数的大小非常重要。

ZnGeP2、LBO、KTiOPO4、BBO等晶体的二阶非线性系数比较高。

3. 三阶非线性系数三阶非线性系数是材料进行三次谐波发生的指标。

在实际应用中，三阶非线性效应在超短光脉冲或者脉冲幅度调制中具有很大作用。

七、KBBF晶体的工作性能
• 一般来说，倍频效率不仅与基波电场初始 强度有关，而且与晶体长度有关，倍频效 率随晶体长度的增大而增加并逐渐达到同 一饱和限度；同一晶体长度，基波功率越 高，倍频效率越高；基波功率愈大，高斯 光束达到饱和效率所需晶体长度愈短；不 同的基波功率均随着晶体长度的增加而或 早或晚地达到同一饱和效率。 • 晶体长度并不是越长越好，还应该考虑损 耗
七、KBBF晶体的工作性能
• 2）匹配相位角 • KBBF晶体 I类倍频基波 的下限波长为 323 nm， 直接倍频产生的谐波波 长为161.5 nm，相位匹 配角为87.330 25°， 是目前直接倍频匹配波 长最短的晶体，晶体可 在200 nm以下的深紫外 波段实现相位匹配
七、KBBF晶体的工作性能
六、KBBF晶体的制备
• 目前报道的使用水热法制备的最佳结果是 福建物质结构所唐鼎元等人以KBF4，BeO和 B2O3为原料，在750℃ 恒温 48 h（固相反 应），其产物经固态烧结（800℃）后得到 籽晶。并使用籽晶在KF及H3BO3水溶液中经 二区加热（生长区300-400℃，溶解区350420℃）生长20-100d得到较大晶体。通过 这种方法得到了厚度超过10mm的晶体。
八、KBBF棱镜耦合装置
• 通过使用KBBF棱镜耦 合装置解决了KBBF加 工困难和Z方向厚度小 的问题，同时通过装 置的整体转动可以适 应各种匹配角，或者 通过调整石英的切割 角度来调整基光入射 角。
九、应用与展望
• 现使用KBBF晶体已经可获得瓦级200 nm 和 41 mW 177. 3 nm 的相干光,并获得了从 232. 5-170 nm 的 Ti 宝石激光的可调谐 四倍频谐波光输出。这已可应用于大部分 实际所需,如超高能量分辨率光电子能谱仪、 深紫外激光光电子显微镜、 193 nm 光刻 技术等。此外, 随着晶体生长技术的改进, 在得到更大更厚的晶体之后,KBBF 族晶体 将可获得深紫外光谱区的更高功率输出和 更广泛的应用。

非线性光学晶体偏硼酸钡
新型非线性光学晶体相偏硼酸钡，亦即今天人们耳熟能详的高技术 晶体BBO。这是中国科学院福建物质结构研究所的一项重大科研成 果，曾在国际学术界引起震动，该项发明成果在转化为高科技产业 后已取得重大经济效益。 非线性光学晶体是一种功能材料，其中的倍频（或称“变频”） 晶体具有倍（变）频效应：当激光束通过这种晶体时，原来的波长 和频率便发生变化，因而透射出来的是一种不同的新的光束。非线 性光学晶体的变频效应还使人们有可能根据需要选择激光频率，此 即通常所说的“激光调频”。只是激光调频并不像日常生活中随意 选择电视频道那样方便，因为一般的非线性光学晶体只能在一个很 有限的范围内实现调频。于是，寻找一种能在大波段范围内实现连 续可调的激光光源，成了科学家们梦寐以求的目标，而这取决于能 不能找到合适的非线性光学晶体材料。 在卢嘉锡院士的指导下，中国科学院福建物质结构研究所于80 年代初期在世界上首先发现和研制成功了性能优异的新型非线性光 学晶体BBO，它以前所未有的连续可调范围及优异的晶体质量而引 人瞩目，被公认为目前世界上最优秀的二阶非线性光学晶体。其不 同凡响的特点之一是具有很宽的调频范围，而在紫外波段独领风骚； 更重要的是利用它的频率下转换过程，可制成波长从可见光到近红 外连续可调、全固化调谐激光器，
陈创天是一位有突出贡献的科学家，他主要科研 成果和荣誉有：１９８３年９月，研制成低温相 偏硼酸钡ＢＢＯ优质非线性光学晶体；１９ ８７年，研制出三硼酸锂ＬＢＯ晶体，先后 被美国评为１９８７年度和１９８９年度“国际 十大激光高技术产品之一”，获得１９９１年度 国家发明一等奖。２００３年中国科学院院士， 现在中科院理化技术研究所工作。
晶体的影响几乎渗透到了人类生活的每个方面。从石英手 表中的石英晶体振荡器到高密度信息存储、集成电路的制 备都涉及到晶体。非线性光学晶体的一个重要作用是改变 激光的波长。物理学的规律告诉我们，波长每缩短一倍， 存储的密度就会增加4倍。像我们常用到的VCD、DVD的工 作波长都是不一样的。另外，随着集成电路器件密度的增 加，器件的线度就越来越小，随之制作集成电路的光刻技 术要求光的波长越来越短。利用非线性光学晶体的倍频效 应是产生短波长的重要方法。 中国在人工晶体，尤其在非线性晶体方面领先的地位，国 际上是公认的。现在激光器里用的最多的三种类型的非线 性光学晶体是BBO、LBO和KTP。前两种是中国发明的， 第三种是美国杜邦公司发明的，但在中国“长”出来的 （培养出足够大尺寸）。你打开任何一台高级的激光器， 里面用到的非线性晶体不外乎这三种。各国研究的非线性 光学晶体有几十种，但真正用到商品上的就这三种。

非线性光学晶体非线性光学晶体对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体非线性光学晶体是对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体。

非线性光学晶体是一种功能材料，其中的倍频（或称“变频”）晶体可用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围，在激光技术领域具有重要应用价值。

1 介绍具有非线性光学效应的晶体。

广义指在强光或外场作用下能产生非线性光学效应的晶体。

通常将强光作用下产生的称为非线性光学晶体; 外场作用下产生的称电光、磁光、声光晶体。

此外，还有含共轭体系的有机分子组成的晶体或聚合物。

广泛应用的有KH2PO4(KDP)、NH4H2PO4(ADP)、CsH2A5O4(CDA)；KTiOPO4、KNbO3、NiNbO3、 Ba2NaNb5O15；BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)、NaNO2；GaAs、InSb、InAs、 ZnS等。

按状态分为块状、薄膜、纤维、液晶。

利用二阶非线性效应产生的倍频、混频、参量振荡及光参量放大等变频技术，可拓宽激光的波长范围，已应用于核聚变、医疗、水下摄影、光通信、光测距等方面。

2 三硼酸锂晶体简称LBO晶体。

分子式为 LiB3O5，属正交晶系，空间群为Pna2 的一种非线性光学材料。

福建物质结构研究所首次发现。

密度2.48g/cm，莫氏硬度6，具有较宽的透光范围（0.16～2.6μm），较大的非线性光学系数，高的光损伤阈值（约为KTP的 4.1倍，KDP 的1.83倍，BBO的2.15 倍）及良好的化学稳定性及抗潮解性。

可用于1.06μm激光的二倍频和三倍频，并可实现Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配。

用功率密度为350MW/cm的锁模Nd ：YAG激光，样品通光长度为11mm （表面未镀膜），可获得倍频转换效率高达60%。

LBO晶体可制作激光倍频器和光参量振荡器。

用高温溶液法可生长出光学质量的单晶。

3 三硼酸锂铯晶体CLBO晶体的基本结构与三硼酸铮和三硼酸铯相同，其阴离子基因中平面基团和四面体基团的结合是其大的非线性效应来源。

有机晶体的分类 (1) 有机盐类非线性光学晶体
一水甲酸锂晶体, 苹果酸钾晶体,磺酸水杨酸二钠晶体 L精氨酸磷酸盐晶体, 氘化LAP晶体； (2) 酰胺类晶体—尿素晶体； (3) 苯基衍生物晶体； (4) 吡啶衍生物晶体； (5) 酮衍生物晶体； (6) 有机金属络(配)合物晶体； (7) 聚合物晶体。
1、 激光频率转换(变频)晶体 非线性光学频率转换晶咋主要用于激光倍频、和频、差
频、多次倍频、参量振荡和放大等方面，以拓宽激光辐射 波长的范围，开辟新的激光光源等。
(1)红外波段的频率转换晶体 现有的性能优良的频率转换晶体，大多适用于可见光、 近红外和紫外波段的范围．红外波段，尤其是波段在5μm 以上的频率转换晶体，至今能得到实际应用的较少。
下能实现相位匹配，化学稳定性好，它是迄今为止的激光损
伤阂值最高的非线性光学晶体材料，已实现了光参量振荡输 出，对1. 06μm的Nd：YAG激光的倍频转换效率高达60%。
2、 电光晶体 电光晶体主要用于激光的调制、偏转和Q开关等技术
应用方面。主要的有：磷酸二氘钾[K(DxH1-x)2PO4]、铌酸 锂(LiNbO3)，钽酸锂(LiTaO3)，氯化亚铜(CuCl)和钽铌酸 钾(KtaxNb1-xO3)等晶体。
光折变晶体的非线性光学系数非常高，已做成增益因子 高达4000的光学放大器。
有应用价值的光折变晶体主要有：钛酸钡(BaTiO3)、铌 酸钾(KNbO3)、铌酸锂(LiNbO3)、以及上述掺Fe离子的三种
(晶B体SO、)晶铌体酸、锶铌钡酸(S锶r1-钡xB钾axN钠b[2KON6)a系(S列r1-、xB硅ax)酸0.9铋Nb(2BOi162，SiKON20S)BN]
三元化合物晶体 AgGaS2 晶体， AgGaSe2晶体, Ag2AsS3 晶体, CdGeAs2 晶体, TlAsSe2晶体， HgCdTe2晶体

非线性光学晶体的制备及其性能研究随着人们对光学能量的研究越来越深入，非线性光学技术也越来越受到关注。

非线性光学晶体是非线性光学技术中至关重要的材料，其制备与性能研究对于非线性光学技术的发展起着至关重要的作用。

一、非线性光学晶体的制备非线性光学晶体的制备需要选择适当的材料，并采用适当的生长方法。

常用的非线性光学晶体材料有KDP、LBO、BBO等。

1. KDP晶体KDP晶体是非线性光学晶体中最常见的一种，其优点是色散小，折射率大，扭曲率小，因此在高功率激光系统中应用广泛。

KDP晶体制备需要采用水热法。

首先，在热水中加入KDP原料，溶解后进行一系列的搅拌、加热、降温等步骤，使其逐渐形成晶体。

在制备过程中，需要严格控制温度、压力等因素，以减小晶体的缺陷率，提高晶体的品质。

2. LBO晶体LBO晶体是一种锂离子掺杂的钛酸钡钾晶体，其非线性光学系数比KDP大，对高功率激光有很好的承受力。

LBO晶体的制备采用Czochralski法和Bridgman法，其中Czochralski法为当前制备LBO晶体的主要方法。

在这种方法中，先将LBO原料放在石英舟中，在高温下加热溶解，然后慢慢降温晶化，最终得到LBO晶体。

制备LBO晶体需要精密控制火焰火化、熔化温度、速度等参数，以保证晶体的质量。

3. BBO晶体BBO晶体是一种比较新颖的非线性光学晶体，其非线性光学系数比KDP和LBO都大，又具有热稳定性好、光学均匀性高等优点，应用领域非常广泛。

BBO晶体的制备采用碱金属氧化物熔缩法和溶剂热法。

其中碱金属氧化物熔缩法是一种成熟的方法，可以得到高品质的BBO晶体。

在制备过程中，需要严格控制熔炉温度、晶体生长速度等因素，以获得精密的晶体。

二、非线性光学晶体的性能研究非线性光学晶体的性能研究是非线性光学技术发展的关键之一。

面对越来越复杂的应用环境，需要对非线性光学晶体进行更深入的性能研究。

1. 非线性光学系数非线性光学系数是评价非线性光学晶体性能的关键指标之一。

ags非线性光学晶体
非线性光学晶体是光学技术中一种新型非线性材料，它能将输入的线性光信号放大或者减弱，产生新的非线性现象，如：
1、二次拉曼散射：通过将八方向联合的特殊非线性物质紧密安装在一起，当
一定强度的光穿过这些物质时，就会发生光拉曼散射，产生强烈的拉曼散射信号。

2、自发连续激光：当一定强度的光穿过物质时，非线性物质会把光能量放大，从而使得发出的光具有自发连续的激光信号。

3、非线性振荡：由非线性晶体输入的光信号，将会按照某种非线性振荡的效应，在特定频段产生一定的光振荡信号。

4、谐波发生：当具有特殊的非线性物质的入射光，穿过它们时，将会在视觉
上可见的谐波随后发出，从而增强视觉效果。

5、光调制：当激光束被放置在特定形状的非线性晶体上时，非线性晶体就会
把这一束光进行形状调整、强度调节，增强其光信号的完整性。

非线性光学晶体的发展，为光子技术的应用研究提供了更好的可能性，它具有不可缺少的重要性，为未来无线传播、通信、复杂光操作和傅里叶光谱技术等发挥着重要作用。

非线性光学晶体材料研究及应用光学是研究光的物理性质和现象的学科。

通俗来讲，光学顾名思义，就是研究光的学问。

随着时代的进步，光学领域愈发广泛化和深入化，非线性光学晶体材料也跻身其中。

非线性光学晶体材料是近年来光学研究的热门材料之一。

相比于线性光学，非线性光学作为一种新型光学现象，对于信息传输、能量转换、光子学技术等方面有着更为广泛的应用。

那么，什么是非线性光学晶体材料呢？简单来说，非线性光学晶体材料就是一种当外界光场通过材料时，在不破坏介质结构的前提下，可引发材料内部非线性响应产生其他频率的光场的材料。

这种材料在光学、电子学和信息技术等领域都有着广泛的应用。

目前，非线性光学晶体材料主要分为有机非线性光学晶体材料、半导体非线性光学晶体材料和无机非线性光学晶体材料等。

其中有机非线性光学晶体材料应用最为广泛。

这种材料具有优异的光学和电学性能，可广泛应用于变频、全息记录、多光子显微镜、高效光学限幅等诸多领域。

那么非线性光学晶体材料的应用领域具体有哪些呢？下面列举部分应用领域。

1.检测技术非线性光学晶体材料在检测技术中有着广泛的应用。

这种材料表现出的非线性效应可以用作探测光与物质相互作用过程的灵敏探针。

此外，非线性光学晶体材料还可以用作谐振腔中的调制器和调谐器。

2.生物医学非线性光学显微镜是非线性光学基础研究和应用研究的一个热点领域。

它是一种通过用近红外激光束向生物样本中发出强光信号的显微镜，从而实现像素尺寸远小于现有技术限制的分辨率。

这种分辨率对于生物医学的研究有着重要的意义。

而非线性光学晶体材料在非线性光学显微术中被广泛应用。

3.光子学技术光子学技术是非线性光学晶体材料的另一个热门应用领域。

由于非线性光学晶体材料的高分子链条比较松散，易于吸收和释放辐射，因此可作为光子学技术中的光源、探测器、调制器等。

此外，非线性光学晶体材料还可以应用于非线性光纤通信的增益介质和光谱过滤器等。

总之，在当前的大环境下，非线性光学晶体材料是科技领域中一个十分特别的材料。

lbo非线性光学晶体
LBO（Lithium Triborate，锂酸铋）是一种常用的无铅非线性光学晶体材料，它具有良好的非线性光学性质，可以用来制作光学元件，并且受到广泛的应用。

1.LBO晶体的特点
a)具有高非线性效应：LBO晶体具有很高的非线性效应，可用于高性能的非线性光学元件，如激光脉冲束覆盖（PPR），多光束混合等。

b)极大地减少能量损耗：LBO晶体的非线性效应可以有效地减少能量损耗，这使得它具有更低的损耗。

c)热耦合小：LBO晶体的热耦合度特别小，更加稳定，而且受到外界条件影响小，更为稳定可靠。

d)抗击变性强：LBO晶体具有很高的抗击变性，使用它制造的光学元件可以长期稳定工作，可用寿命很长。

2.LBO非线性光学晶体的应用
a)激光处理和处理：LBO晶体可以用来制作激光处理和处理元件，用
于激光切割、焊接和一些精密加工工艺。

b)高速摄影扫描应用：LBO晶体具有高速摄影扫描的特点，可以被用于工业摄影扫描机，让高速摄影扫描获得更高的分辨率和更高的精度。

c)相干处理应用：因为LBO晶体具有优良的压制能力，它可以用来制作高精度的全相干成像装置，实现高分辨率的成像，也可用来在医学领域高效地检测小细胞和微细胞结构。

d)三次响应应用：LBO晶体可以用来制作拥有三次响应特性的光学元件，例如中空光管、高通门和高效率双稳抗扰。

e)高能化学应用：LBO晶体可以用于高能化学试剂反应，如超声波、热膨胀和多面张力等，可以用来控制物质的成分和形态。

以上就是关于LBO非线性光学晶体的特点及其应用的介绍，它的优点在于有着优异的非线性光学性质，能提高成像质量，是高精度光学成像过程中不可或缺的一环。

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。

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慢，主要原因是现有的红外非 线性晶体的光损伤阈值太低，直接影响了实际使用。 由于红外非线性光学晶体在军事上有重要应用前景， 这一类晶体材料成为非线性光学领域的一个重点发展 方向。 5）新型的光折变晶体材料
非线性光学材料郭泓良 柴胤源自 李 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。

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。

陈创天院士等人根据阴离子集团理论计算了B-O集团的倍频系数大小。结果显示：平面的 BO3基团有较大的微观倍频系数，而四面体的 BO4基团的微观倍频系数相对小得多。硼氧 阴离子基团微观倍频系数大小的排列为：
根据BBO和LBO的研究发现： B3O6因为具有悬挂键而使得晶体的带隙较小，紫外截止边
较大，不是实现深紫外倍频输出。 B3O7 基团通过互相连接消除了悬挂键，提高了带隙 降低了紫外截止边，但其双折射太小使得相位匹配范围太小，不能包括深紫外区域，因 而也不能实现深紫外倍频输出。 上世纪90年代初，陈创天课题组开始将BO3基团作为探索下一代紫外非线性光学晶体的 基本结构单元。当BO3基团三个终端氧原子(dangling bond)与其它原子相连后，消除了 终端氧的悬挂键时，能量带隙可增大到 8.27 eV，吸收边将紫移至150nm左右；同时， 虽然单个 BO3基团的微观倍频系数小于 B3O6 基团和 B3O7基团，但 BO3基团所占的空间 体积小，因此只要晶格中单位体积内BO3基团的数量比B3O6基团和B3O7基团的数量多， 该类化合物仍可产生较大的宏观倍频系数。在这一思想的指导下，陈创天课题组发现了
3. 光学透过范围宽，在工作波段有较高的透明度。目前探索新晶体的重点是用于紫外，特别是深紫 外区（λ<200 nm）以及中红外区（λ<15~10 μm）的可实用化的非线性光学晶体。对于这类非线 性光学晶体，我们要求它们有宽的透光范围。例如对能用于深紫外倍频的非线性光学晶体，一般 要求其在紫外区的透光范围达到λ≈150nm 附近；而对于在中红外区使用的非线性光学晶体，则要 求其在红外区的截止波长达到λ =15 ~ 20 μm。 相位匹配区间：能够实现Ⅰ类相位匹配的波长范围。
近些年来，为改善KBBF晶体的各种缺点，中国科学家又进行了一系列的研究。 改善KBBF晶体层状结晶习性 RbBe2BO3F2 ( 简称 RBBF) ，利用原子半径更大的 Rb 代替 KBe2BO3F2 中的 K ，从而使得 RbBe2BO3F2晶体的层间距减小，改善了KBBF晶体的层状生长问题。 NH4Be2BO3F2（简称ABBF）晶体具有相似的原理，因为NH(4+)与F之间的氢键比K-F离子 键强很多，因而NH(4+)离子团较K+离子对层与层之间有更强的结合力, ABBF较KBBF很 可能会拥有更好的层状生长性能。

cos[2(2t

k2 z)]
0 (2)1020 cos[(1 2 )t (k1 k2 )z] 0 (2)1020 cos[(1 2 )t (k1 k2 )z]
例: 和频
极化波
电磁波
频率 传输常数
3 1 2
k1

k2

n(1 )
(3)紫外波段的频率转换晶体 偏硼酸钡(BBO)晶体: 倍频系数大, 倍频阈值功率高, 能在较宽的波段内实现 相位匹配, 激光损伤阈值高, 物理化学性能稳定. 三硼酸锂(LBO)晶体: 透光波段宽, 非线性光学系数大, 激光损伤阈值最高的 非线性光学晶体材料. LAP晶体: 非线性光学系数大, 紫外三倍频和四倍频转换效率高, 可制多频率 转换器.
晶体非线性光学效应结构与性能 相互关系的研究方法
键参数法：
晶体的宏观倍频系数是晶体中每种化学键所产生的微观倍 频系数的几何叠加。对于每种化学键，他们共引入两个微观倍 频系数参量，即β //和β ⊥，分别代表平行于每个键的微观倍频系 数参量和垂直于每个键的微观倍频系数参量。
键电荷模型
晶体的线性和非线性极化率主要是由于A-B两个原子中键 电荷g在外光频电场作用下，作非中心对称运动的结果。
第七章 非线性光学晶体材料
7.2 晶体的非线性光学基础
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。

P 0E E
非线性光学
强光入射介质时
P E E 2 E3
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。

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。

无机紫外非线性光学晶体材料的研究进展摘要：紫外（ＵＶ）（λ＜４００ｎｍ）非线性光学（ＮＬＯ）晶体材料，是全固态紫外激光器的核心部件，在许多新兴科学技术应用中具有独一无二的作用，广泛应用于光刻、光电谱图、激光光谱、生物物理以及激光药学等领域，被誉为光电行业的“芯片”．因此，亟需发展新的高性能ＵＶＮＬＯ材料来突破目前的性能壁垒．本文对无机紫外非线性光学晶体材料的研究进展进行分析，以供参考。

关键词：紫外非线性光学材料；功能基团；硼酸盐引言非线性光学材料,特别是无机紫外(λ<200纳米)领域,一直是材料科学的热点。

研究新材料的理论计算方法可以减少传统材料合成的不确定性,缩短实验周期,降低实验成本。

随着计算机、工作站和服务器性能的提高,基于计算机数值模拟的材料设计研究正在成为加速新材料开发过程的更有效方法。

基于先前对一系列非线性光学晶体结构特性的研究,人工养蜂算法首次预测了四种双折射率约为0.085的NaBeBO3结构。

其性能的初步评价原理表明,P63/m的切削侧比商用α-BaB2O4晶体低20nm;P-6相频率的增加与KH2PO4相当,而其结构显示出优异的生长特性;NaBeBO3可以用作无机紫外光学材料的替代品,具有潜在的应用。

1无机紫外NLO晶体的发展历程同位素具有丰富的化学结构,B原子可作为BO3和BO4两种编码方式使用,并进一步聚合成一维链、二维层和三维网,使同位素具有丰富的晶体结构。

因此,同位素是设计合成新型无机紫外线晶体材料NLO的首选系统。

基于阴离子群理论,BO3平面元件具有不对称的电子云分布,具有较大的微极化系数。

BO3平面元件的平行布置有利于获得较大的频率延伸效果和双折射率,这两个参数直接决定了材料激光转换效率和波长范围对应用频率的直接延伸。

在此基础上,陈尚田提出以BO3为主要结构单元,通过引入BeO3F四极元素来消除“悬挂式钥匙”,探索NLO无机紫外线晶体的新途径。

随后发现了RbBe2BO3F2(RBBF)和CsBe2BO3F2(CBBF)晶体。

非线性光学晶体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勺非线性光学晶体，属四方晶系。

非线性系数d3630.63 x 10012m/V 对0.69430m激光倍频相位匹配角B mm50.451 。

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U 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乍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1.064 ym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。

J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。