β-BBO非线性光学薄膜材料的制备与性能分析

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1、第一章绪论§1．1非线性光学晶体概述非线性光学及其晶体材料的发展与激光技术的发展密切相关。激光的产生起源于20世纪初期著名物理学家Einstein提出的受激辐射的概念。1958年，sclm、vlow和T0wnes【l】给出了实现以受激辐射为主的光源条件，向人们展示了获得激光的可能性。此后在1960年世界上第一台红宝石激光器诞生了，接着在1961年Franken【2J首次将红宝石(crj+：A1203)晶体所产生的激光束入射到石英晶体(a．si02)，实验过程中发现两束出射光，一束是原来入射的红宝石激光，其波长为691．3nm；而另一束是新产生的紫外光，其波长为3

2、47．2m，频率恰好为红宝石激光频率的两倍，从而确认了它是入射光的二次谐波，这就是国际上首次发现的激光倍频效应实验。从此，便开辟了非线性光学(NonlinearOptics，NL0)及其材料领域研究的新纪元。1965年，N．Bloembe嬉en【j1提出了光学非线性相互作用原理，奠定了非线性光学的理论基础。此后，非线性光学无论在理论上，还是实验技术以及科技应用上都获得了很大的发展，目前该领域已经成为现代光学中一门独立的最活跃的分支学科。激光的发光机制与普通光的发光机制有所不同。普通光又称弱光，它的产生基于自发辐射，所发出的光波在相位、频率、偏振态和方向上等都是杂

3、乱无章的，而激光的产生是基于受激辐射，它发出的光具有极好的单色性与方向性，光强极强，又称强光。激光最有意义的应用，就是用来研究光与物质问的非线性相互作用以及由此而导致的光波间的非线性相互作用。随着激光技术的发展和可调谐激光器的出现、人们对非线性光学现象以及物质的非线性响应的物理原因，进行了一系列的研究与探讨，与此同时，非线性光学器件也相应得到发展，诸如：激光倍频、混频、参量振荡与放大；0开关和光折变器件等相继出现，并逐步得到了应用与推广。以上这些研究与应用对非线性光学晶体提出了更多更高的物理、化学性能的要求。从而促进了非线性光学晶体材料的迅速发展。近几十年来，人

4、们在研究与探索非线性光学晶体材料方面作了大量的工作，取得了丰硕的研究成果，涌现出一大批性能优良的非线性光学晶体。从非线性光学晶体与其非线性电极化的关系以及外电场对晶体光学性质的影响出发，或者更确切的说，根据晶体折射率的变化，非线性光学晶体可分为激光频率转换晶体、电光晶体、光折变晶体等几大类。在现代激光技术中，频察转换最体特别是倍频晶体出于能有效搐窥激光静波长范溪搿备受关淀。这是霾麓在激光稀技领域凑，器学家翻始终追求的一个目标就是得到一种能从红外隧到紫外区涟续可调的激光光源。尽管目前的激光基质材料已经能够产生在一定范阐内可调的相干光输出，但由予其可调谐的波长范围决

5、定于激活离子在激光介质中的增益带宠，嚣_l避它钠懿霹蘧谤藏夔及萁藏搴受裂辐当大筑袋裁。鞋嚣蘩可灞谤范围最大的钛宝石激光器衙言，其最大可调谐范围像仅在670nm～1100nm之间，远不能满足激光技术发展的需要。而利用晶体的倍频效应、混频效应和可调谐光参嫩振荡效应可产生强相干光辐射，这是获得新激毙光源熬爨装手段，人们难在囊爱这耱途径来填於麓类激光器传发射波长静空自光谱区。铡翔，秘雳Nd：YAG激光的三嵇颓(丸=357nln)泵浦一个由胁BBO晶体作为非线性介质的光参量振荡器，其可调谐的范围就可扩展到400IlIll～20011lIl，这种光参量振荡器的可调谐范围、转

6、换效率、输嫩功率以及可靠性等方露均大大超过染料激光器。此辨，娶蓠往侮类黧瓣疆体激光器还无法产雯波长短予400瑚1l匏綮努激光光源，因此也只有利用非线性光学晶体通过各种变颧技术，把可调谐范围有限的激光光源扩展到紫外区【4J。综上所述，从非线性光学效威的研究范围及其黧要性来看，撵索各种非线憷光学晶体将怒当前光学材料领域魏磅究热轰。目前非线性光学晶体的分类方法不一，若鼠化学的角度来分类，可以分为有机频率转换晶体和无机频率转换晶体，现分别简述如下：有机非线性光学频率转换晶体一般非线性系数大，比无机非线性光学频率转羧鹣钵毫l～2个数量缀。但蹙鸯撬晶体～般熔点低、疆度，j、

7、、瓿械睡麓不够努、稳定髓麓。入稍最旱研究的有褪津线性光学螽体是甲酸盐类晶体，其中包括一些水甲酸镪、甲酸钠、甲酸锶等，20徽纪70年代又发现r尿素及其衍生物，到80年代又找到了L精氨酸磷黢盐晶体等。耳前，人们研究的肖枫非线性光学倍频晶髂，大致有如下几类：m取健匏苯蓊尘耱、疆蒸芳香蔟纯合耪、麓主一受主芳香族忿合凌、稷化稀烃类、氨基酸类、杂环化合物、Schi行碱衍生物、芳醛及其衔生物、查尔酮(chalcone)衍生物、有机盐类及其金属有机配合物等。目前，对有机非线性光学晶体的应用，人们主要瞄准在对半导体激光的倍频方錾。虽然有捉纯台援霹以逶遘“分子王程”对挞凝懑暂“裁藏

8、”(瓴融一made)，以