非线性光学晶体测试技术 by lww

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1、非线性光学晶体测试技术ByLWW主要内容1非线性光学晶体应用概述2晶体显微结构表征3晶体光学品质鉴定4非线性光学性质测试§1应用激光倍频、和频、差频、多次倍激光变频频、参量振荡和放大。拓宽激光晶体辐射波长的范围，新激光光源电光外加电场引起晶体折射率变化。快速光快门、Q开关、振幅调制晶体器、相位调制器、电光偏转器光折变光致折射率变化。全息存储、光晶体学图像处理、光学相位共轭§1非线性光学器件对材料的要求较大的倍频系数适中的双折射率宽的透光波段范围高的激光损伤阈值良好的物理化学性质§2晶体显微结构表征结构测定组分分析缺陷分析XRD化学分析法光学显微分析四圆衍射

2、仪原子光谱法侵蚀法X射线衍射缀饰法激光光谱法激光层析法X射线形貌术X射线PL谱§3晶体光学品质鉴定消光比：旋转检偏镜，测量输出光强的最大值Imax与最小值Imin之比。透光范围及其透过率：分光光度计或红外-紫外光谱仪测晶体的光谱透过曲线§3晶体光学品质鉴定折射率：最小偏向角法计算公式：ADsin2nAsin2折射率色散：Sellmeier方程2BC2i1i1nAii22BCi2i2§3晶体光学品质鉴定最小偏向角法测得KABO晶体在可见光区12个波长处的折射率§3晶体光学品质鉴定抗激光损伤阈值：折射率畸变法光源：调Q锁模Nd：Y

3、AG激光发出的脉冲激光（λ=1064nm）曝光时间：107~108脉冲。§4晶体非线性光学性质测试在激光作用下，晶体的极化强度Pi与入射光光频电场Ej的关系：(1)(2)PiijEij(1)ijkEj(1)Ek(2)(3)ijklEj(1)Ek(2)El(3)χ(1)是线性极化系数；χ(2),χ(3)分别为ijijkijkl二阶、三阶非线性极化系数；ω1,ω2,ω3为不同光频电场的角频率。4.1二阶非线性极化系数测量相位匹配SHG法二阶非线性Maker条纹法极化系数Kurts粉末倍频法4.1二阶非线性极化系数

4、测量相位匹配二次谐波（SHG）法绝对测量：从二次谐波输出功率P(2ω)的测量值推算非线性光学极化系数χ(2)。相对测量：以KDP或ADP晶体的χ36作为标准对其他晶体进行相对测量。在同样实验条件下，先后测定待测晶体和参比晶体的倍频功率P2ω，得到相对非线性光学系数χrχ36(KDP)=(3.9±0.1)×10-13m·V-1χ36(ADP)=(4.87±0.28)×10-13m·V-14.1二阶非线性极化系数测量Maker条纹法1962年，Maker等发现倍频光强随晶体样品转动，而出现近似周期性的变化条纹。4.1二阶非线性极化系数测量样品：KABO标准

5、物：石英样品尺寸：5×7×1.2mm沿zx面切割d11=0.45pm/V4.1二阶非线性极化系数测量Kurts粉末倍频法：将粉末样品置于已知厚度的试样盒内，测出二次谐波输出随粉末粒子大小的变化信息。1.He-Ne激光器；2.YAG激光器；3.激光电源；4.窄带滤光片；5.抛物面反射罩；6.样品槽；7.基波窄带滤光片；8.短焦距透镜；9.光栅；10.遮光罩；11.光电探测器；12.高压电源；13.示波器。4.1二阶非线性极化系数测量样品：KABO标准物：KDPKABO的倍频效应是KDP的0.7倍4.2三阶非线性极化系数测量Z-扫描简并四波非简并混频抽运准波

6、导4.2三阶非线性极化系数测量Z扫描（M.Sheik-Babaei）：原理：自散焦和自聚焦效应测量：样品在焦距附近沿Z轴移动，测量光束通过样品的透过率，得到Z-扫描曲线。4.2三阶非线性极化系数测量对待测晶体进行Z-扫描实验，得到归一化透过率曲线。根据下列公式就可计算出晶体的非线性折射系数γ。0.25T0.406(1s)PV0kn(t)L00eff其中：ΔTP-V=TP-TV，表示归一化Z-扫描曲线中峰-谷的归一化透过率之差；k=2π/λ，λ为激光波长；Leff=1-exp(-αL)，α为线性吸收系数，L是样品厚度；Δn0(t)=γI

7、0(t)。4.2三阶非线性极化系数测量聚甲基丙烯酸乙基脂的归一化Z-扫描曲线非线性折射系数γ=-9.98×10-5cm2/Wχ(3)的实部为-1.56×10-10m2/V24.2三阶非线性极化系数测量优点：方法简便；可测量非线性折射率与非线性吸收的大小，并确定其正负号；可将非线性折射率分离开，以便确定三阶非线性极化率的实部和虚部；可修正研究非线性材料时差分度的高阶贡献。缺点：对激光的横向光场分布有比较严格的要求；得不出样品响应速度的信息及三阶非线性极化率的非对角元；高功率密度的激光束导致激光感应损伤和其它高阶光学非线性效应；引起严重的散射而影响透过率的

8、测量。4.2三阶非线性极化系数测量简并四波混频当介质中存在两种或