分類(lèi)方法

非線(xiàn)性光學(xué)效應大體包含三類(lèi)，倍頻、混頻、高次諧波發(fā)生和光的參量振蕩與放大等；受激散射現象如受激喇曼散射和受激布里淵散射；多光子吸收、光致電離、光損傷等。

具體功能

非線(xiàn)性光學(xué)晶體由于具有波長(cháng)變換，增大振幅，開(kāi)關(guān)。記憶等許多元件功能，正作為光計算的基本元件而引人注目。

詳細介紹

具有非線(xiàn)性光學(xué)效應的晶體。廣義指在強光或外場(chǎng)作用下能產(chǎn)生非線(xiàn)性光學(xué)效應 的晶體。通常將強光作用下產(chǎn)生的稱(chēng)為非線(xiàn)性光學(xué)晶體; 外場(chǎng)作用下產(chǎn)生的稱(chēng)電光、磁光、聲光晶體。此外，還 有含共軛體系的有機分子組成的晶體或聚合物。廣泛應用的有

三種晶體

簡(jiǎn)稱(chēng)LBO晶體。分子式為

CLBO晶體的基本結構與三硼酸錚和三硼酸銫相同，其陰離子基因中平面基團和四面體基團的結合是其大的非線(xiàn)性效應來(lái)源。透光范圍為

CLBO晶體也可采用熔鹽法法生長(cháng)．能在較短的時(shí)間內生長(cháng)大尺寸的優(yōu)質(zhì)單晶。其良好的溫度穩定性，大的角度帶寬和小的離散角．具有很高的抗光傷閾值，良好的化學(xué)穩定性，基本不潮解，但是從目前情況來(lái)看，該晶體的長(cháng)期使用的穩定性尚待考驗。

KDP晶體是水溶性晶體之一．是以離子鍵為主的多鍵型晶體，但是，在陰離子基團中存在著(zhù)共價(jià)鍵和氫鍵，其非線(xiàn)件光學(xué)性質(zhì)，主要起源于這一基團。

KDP晶體在水中有較大的溶解度。通常用溶液流動(dòng)法和溫差流動(dòng)法來(lái)生長(cháng)。大尺寸KDP晶體采用特殊方法工藝可達到快速生長(cháng)的目的。由于KDP晶體采用水溶液生長(cháng)，莫氏硬度2.5，硬度較低．易潮解，所以需采取保護措施。

KDP晶體除了作為頻率轉換晶體外，還有優(yōu)良的電光性能，其電光系數大，半波電壓低，良好的壓電性能等。KDP晶體作為優(yōu)良的頻率轉換晶體對

研究與發(fā)展

20世紀60年代以來(lái)，我國在發(fā)展非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料方面走過(guò)了一條從跟蹤模仿國外到自主創(chuàng )新的道路，進(jìn)而作出了舉世公認的巨大貢獻，發(fā)現和研制出一批極為寶貴的和具有特殊功能的新型非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料，如BBO、LBO等晶體。這些晶體已形成規?；a(chǎn)，產(chǎn)品暢銷(xiāo)世界上許多國家和地區，在國際上產(chǎn)生了巨大和深遠的影響，極大地提高了中國科技在世界高科技領(lǐng)域中的地位。

BBO（低溫相偏硼酸鋇）、LBO（三硼酸鋰）是中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所在盧嘉錫教授的組織和指導下，于80年代相繼發(fā)明的兩種新型非線(xiàn)性光學(xué)晶體。其中BBO晶體被公認為目前世界上最優(yōu)秀的二階非線(xiàn)性光學(xué)晶體，其不同凡響的特點(diǎn)之一是具有很寬的調頻范圍而在紫外波段獨領(lǐng)風(fēng)騷，更重要的是利用它的頻率下轉換過(guò)程，可制成波長(cháng)從可見(jiàn)到近紅外連續可調全固化調諧激光器，這種激光器的出現宣告了染料調諧激光器時(shí)代的結束。LBO晶體的溫度調諧非臨界相位匹配和相位匹配折返現象等特性的開(kāi)發(fā)應用，也已在國內外發(fā)展出相應的多種激光器。

創(chuàng )建于1960年的中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所是我國結構化學(xué)的主要研究基地之一，同時(shí)，該所在建所初期就開(kāi)展晶體功能材料等方面的應用基礎和應用研究。探索新型非線(xiàn)性光學(xué)晶體是晶體功能材料研究的一個(gè)重要方向，不過(guò)初期的工作與國內其它單位一樣，基本上是跟蹤仿制國外已有的晶體材料，雖然曾就Mon （

70年代，盧嘉錫考慮到氧八面體畸變無(wú)機非線(xiàn)性光學(xué)材料在國內外已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，要在這種結構類(lèi)型的無(wú)機化合物中發(fā)現新材料顯然十分困難。他強調探索新型非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料不應受?chē)鈱W(xué)術(shù)思想的束縛，跟在外國人后面走，而應該走自主創(chuàng )新的道路。

1979年，研究人員采用無(wú)機和有機相結合的思路，從有機苯環(huán)共軛π電子離域授受將產(chǎn)生偶極矩和非線(xiàn)性光學(xué)性能的原理出發(fā)，考慮在無(wú)機化合物中尋找具有共軛π鍵類(lèi)苯環(huán)結構的物質(zhì)，同時(shí)參考前蘇聯(lián)晶體化學(xué)家鮑基（г.ъ. ъокий）等人關(guān)于硼酸鹽晶體化學(xué)分類(lèi)的綜述性論文，發(fā)現偏硼酸鹽具有硼氧環(huán)（B3O6）陰離子基團可能滿(mǎn)足這些結構要求，可作為探索新型非線(xiàn)性光學(xué)材料的研究重點(diǎn)。

在此基礎上，經(jīng)過(guò)反復試驗，終于合成出具有很高倍頻系數（為ADP的4～5倍）的粉末樣品。當時(shí)國外文獻報道的結構數據顯示，無(wú)論是高溫相還是低溫相的偏硼酸鋇晶體都具有中心對稱(chēng)結構，有“心”結構的物質(zhì)不可能成為倍頻材料。于是研究人員設想用加入鈉離子的辦法，使其晶格發(fā)生畸變，以破壞其中心對稱(chēng)的結構。為此在實(shí)驗中加入氧化鈉，降低燒結溫度。在發(fā)現所合成的粉末樣品具有可觀(guān)的倍頻效應后，便發(fā)表文章宣布已找到一種新型非線(xiàn)性光學(xué)材料——“偏硼酸鋇鈉”。隨后有關(guān)相圖和物相分析表明該化合物中不存在鈉離子，確定所發(fā)現的物質(zhì)是低溫相偏硼酸鋇。而結構分析證實(shí)了低溫相的偏硼酸鋇屬于無(wú)中心對稱(chēng)結構，糾正了文獻報道中的錯誤。

與此同時(shí)，晶體生長(cháng)方面采用熔鹽仔晶法培養出直徑為

BBO晶體被譽(yù)為中國人按照自己的科學(xué)思想創(chuàng )造出來(lái)的第一塊“中國牌”晶體。美國非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料科學(xué)界在比較了“新中國發(fā)現BBO晶體的研究小組和美國的研究情況”之后，一些權威專(zhuān)家曾為“非線(xiàn)性光學(xué)材料研究方面的大部分新思想不是發(fā)源于美國”而感到擔憂(yōu)。

低溫相偏硼酸鋇晶體的發(fā)現和研制成功，開(kāi)拓了硼酸鹽非線(xiàn)性光學(xué)材料領(lǐng)域，在此基礎上，福建物構所經(jīng)過(guò)幾年的努力而發(fā)現了另一塊新型非線(xiàn)性光學(xué)晶體三硼酸鋰（LBO）。研究發(fā)現，該晶體具有兩個(gè)很有實(shí)用價(jià)值的特殊性質(zhì)可供開(kāi)發(fā)應用：一是可在兩個(gè)（類(lèi)）主軸方向實(shí)現溫度調諧非臨界相位匹配（離散角≈0°），利用這一特性物構所與中科院物理所合作研究出實(shí)用型綠光激光器和全固化紅光激光器；二是具有相位匹配折返現象特性，物構所已利用這一特性，設計和研制出多波長(cháng)光參量激光器產(chǎn)品，并成為“863”十周年成果展覽的重要展品之一。

作為科研與開(kāi)發(fā)方面的成果，BBO曾獲中國科學(xué)院科技進(jìn)步獎特等獎（1984年），首屆全國發(fā)明展覽會(huì )發(fā)明一等獎（1985年），第三世界科學(xué)院化學(xué)獎（1988年），首屆陳嘉庚物質(zhì)科學(xué)獎（1988年）；其開(kāi)發(fā)應用成果獲中國科學(xué)院科技進(jìn)步獎二等獎（1988年），作為高技術(shù)工業(yè)化晶體產(chǎn)品，曾入選美國“激光與光電子”雜志編委會(huì )和編輯顧問(wèn)委員會(huì )組織評選的“十大新技術(shù)尖端產(chǎn)品”（1987年），獲美國 《激光集錦》雜志授予的“工業(yè)成就獎”（1990年）；其專(zhuān)利獲中國發(fā)明專(zhuān)利金獎（1993年）。

LBO曾獲中國科學(xué)院科技進(jìn)步獎一等獎（1990年），國家發(fā)明獎一等獎，并在中國、美國和日本擁有授權專(zhuān)利。其產(chǎn)品曾入選美國 《激光與光電子》雜志編委會(huì )和編輯顧問(wèn)委員會(huì )組織評選的1989年度激光與光電子技術(shù)領(lǐng)域十大尖端產(chǎn)品之列。利用LBO晶體開(kāi)發(fā)出來(lái)的“高效率寬調諧激光器件”獲中國科學(xué)院科技進(jìn)步獎一等獎，“多波長(cháng)光參量激光器”獲中國科學(xué)院發(fā)明獎一等獎。

為了適應市場(chǎng)的需要，在中國科學(xué)院的支持下，物構所從80年代后期就致力于將BBO、LBO晶體的生長(cháng)發(fā)展為規模生產(chǎn)，并于1990年成立所辦的福晶公司，該公司以?xún)蓚€(gè)晶體為拳頭產(chǎn)品，迅速形成國際銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò )，產(chǎn)品銷(xiāo)往世界上30多個(gè)國家和地區，兩晶體創(chuàng )匯額累計已達數千萬(wàn)美元。該公司是我國為數不多、很有發(fā)展前景的外向型高科技企業(yè)。

目前LBO晶體的應用開(kāi)發(fā)方興未艾，美國濃縮鈾公司激光同位素分離（AVLIS）研究計劃正在用LBO晶體取代KTP晶體產(chǎn)生大于100瓦的綠色激光輸出，以取代大型氬離子激光器進(jìn)行鈾分離。他們曾到福建物構所商談專(zhuān)利使用事宜和長(cháng)期供應大批量LBO晶體器件的可能性。據初步研究結果，LBO晶體的使用壽命是KTP的3倍。為此他們提出每年向物構所訂購10，000片大尺寸LBO晶體的意向。這為L(cháng)BO晶體的市場(chǎng)開(kāi)拓提供了良好的前景，其經(jīng)濟效益可望超過(guò)億元。

繼BBO、LBO之后，國內外又相繼發(fā)現了CBO、CLBO和結構上更為復雜的多聚硼氧化物非線(xiàn)性光學(xué)晶體如KBBF、SBBO類(lèi)晶體等，大大促進(jìn)了非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料和激光器件的研究與發(fā)展。諾貝爾化學(xué)獎獲得者李遠哲、印度科學(xué)院院長(cháng)拉奧、美國晶體生長(cháng)協(xié)會(huì )主席費杰爾遜和美國加州大學(xué)教授沈元壤等，在參觀(guān)福建物構所之后，都十分贊賞盧嘉錫為該所制訂的科研方向和學(xué)術(shù)指導思想。