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非线性光学效应
非线性光学效应
入射光与介质作用后产生的光学效应∝入射光强
不同频率入射光与介质作用→能量转换
1961年，Franken
石
英
晶
体
红宝石晶体产生的激光束
入射的红宝石激光
入射光的二次谐波
凡是能产生非线性光学效应的材料（气体、液体或固体），都可称之为非线性光学材料。
P～χ(1)E＋χ(2)E2 ＋χ(3)E3＋…
但通常指的是具有较高二阶或三阶非线性极化率的光学材料。
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。
①有较大的非线性极化率（基本的但不是唯一要求）
②有合适的透明程度及足够的光学均匀性，
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
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。
加强非线性光学效应
非线性极化率不很大
增强入射激光功率
二阶非线性光学材料
三阶非线性光学材料
其他
大多数是不具有中心对称性的晶体。
常用于光学倍频、混频和光学参量振荡等效应的晶体材料有两大类：
一类是氧化物晶体
典型的如磷酸二氢钾(KDP)、磷酸二氘钾(KD*P)、磷酸二氢铵(ADP)、碘酸锂、铌酸锂等。比较适宜于工作在可见光及近红外频段。
另一类是半导体晶体
典型的如碲和淡红银矿(Ag3AsS3)等。更适宜于工作在中红外频段。
可以是气体、原子蒸气、液体、液晶、等离子体以及各类晶体、光学玻璃等
产生三阶非线性极化率的机制：
来源于原子或分子的电子跃迁或电子云形状的畸变；
来源于分子的转向或重新排列；
来源于固体的能带之间或能带以内的电子跃迁；
来源于固体中的各种元激发，如激子、声子、各种极化激元等的状态改变。
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①各种惰性气体，
光学三次谐波、三阶混频 紫外波长的相干光
②碱金属和碱土金属的原子蒸气,如Na、K、Cs原子及Ba、Sr、Ca原子等，
共振的三阶混频、受激拉曼散射、相干反斯托克斯拉曼散射等效应
激光在近红外、可见及紫外波段间的频率变换及频率调谐
③各种有机液体及溶液，如CS2、硝基苯、各种染料溶液等,
较大的三阶非线性极化率
实验观测（例如光学克尔效应、受激布里渊散射、简并四波混频及光学位相复共轭效应、光学双稳态效应等）
④在液晶相及各向同性相中的各种液晶。
液晶分子的取向排列有较长的弛豫时间
⑤某些半导体晶体。
如lnSb，
在红外区域有非常大的三阶非线性极化率
各种非线性器件，例如光学双稳器件
无机非线性光学材料：
更稳定,许多都允许各向异性离子交换, 有纯度更高的晶体形式
1.KDP 型晶体
2.KTP 型晶体
3.硼酸盐晶体
4.半导体材料
5.钙钛矿型晶体
6.沸石分子筛基材料
7.玻璃非线性光学材料
根据组成
无机非线性光学材料
有机非线性光学材料
无机/有机杂化材料
有机非线性光学材料：
非线性光学系数高、响应快速、易于修饰、光学损伤阈值高、易于加工及分子可变性强
1.有机低分子非线性光学材料
2.高聚物非线性光学材料
2.1主客体型聚合物
2.2侧链及主链型聚合物
2.3交联型聚合物
2.4共轭型聚合物
3.金属有机配合物非线性光学材料
无机/有机杂化材料：
通过成盐等方法或溶胶/ 凝胶技术将有机功能分子或聚合物掺入无机网络中,在无机/ 有机分子之间形成化学键的一类新材料
根据晶体折射率变化
激光频率转换晶体
电光晶体
光折变晶体
其他

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