自從1960年美國科學家Maiman發明了世界第一臺紅寶石激光器以后,人們便意識到非線性光學是可以被觀察到的。由于激光的光場或電場足夠強,比如達到1KV/cm,電場與物質發生作用的時候,非線性現象就無法被忽略。1961年,Franken等利用紅寶石激光器照射石英晶體,在光譜上發現了一個很弱的二倍頻的斑點,首次證實了二倍頻的產生。正是借助激光足夠強的光頻電場,非線性光學得以產生和發展。
激光的出現使得非線性光學效應有了實際應用的可能,非線性效應同時也受到激光強度密度的影響。非線性光學技術的應用拓寬了激光光譜的范圍,從而成為一種新的波長激光的獲取手段。要實現非線性光學效應,那么就要有可用的非線性介質,能夠實現光波的相位匹配。
伴隨著激光技術發展至今,非線性介質也得到長足的發展。非線性晶體發展趨勢很好,受到國家高度重視。根據目前常用的兩種相位匹配技術二次折射相位匹配(BPM)和準相位匹配(QPM),可以將介質分為非線性晶體和周期極化晶體。周期極化晶體是在非線性晶體中制備出周期結構。
現有的非線性晶體有上百種,常見的有鈮酸鋰(LiNbO3—LN)、鉭酸鋰(LiTaO3—LT)、磷酸二氫鉀(KH2PO4—KDP)、磷酸二氘鉀(KD2PO4—DKDP)、碘酸鋰(LiIO3—LI)、磷酸氧鈦鉀(KTiOPO4—KTP)、偏硼酸鋇(BaB2O4—BBO)、三硼酸鋰(LiB3O5—LBO)、鈮酸鉀(KNbO3—KN)、硼酸銫(CSB3O5—CBO)、硼酸銫鋰(LiCSB6O10—CLBO)、氟硼酸鉀鈹(KBe2BO3F2—KBBF)以及硫銀鎵(AgGaS2—AGS)、硒鎵銀(AgGaSe2—AGSe)、砷鎘鍺(CdGeAs—CGA)、硒化鎘CdSe、硒化鎵GaSe、磷鍺鋅(ZnGeP2—ZGP)等,廣泛應用于激光倍頻、和頻、差頻、光參量放大以及電光調制、電光偏轉等。
χ (2)非線性的介質主要用于參量非線性頻率轉換(例如在倍頻器和光學參量振蕩器中)和電光調制器,而χ (3)非線性則導致Kerr效應,拉曼效應和四波混頻。基本上都使用人造晶體,而不是天然的。
非線性晶體性能
對于非線性光學晶體而言,除了要具備較大的有效非線性系數,還要有以下性能:
1、通常,對于所涉及的波長,晶體應具有較高的透明度;
2、內部吸收要低,抗損傷閾值要高;
3、物化性能穩定、硬度適中、不潮解;
4、晶體質量穩定,尺寸大,價格合理,易鍍膜。
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