天博体育app下载 什么是非线性晶体？
非线性晶体是专门的材料，以改变其天博体育app下载（颜色），相位，极化和其他特性的方式相互作用。这些效果的大小取决于输入光的强度。这与传统的光学元件不同，在传统的光学元件中，光与材料的相互作用与光的强度不会变化。
非线性晶体是专门的材料，在光学领域起着至关重要的作用，可以通过传统的光学材料不可能以可能的方式来操纵光线。这些晶体通过允许光的特性（例如其天博体育app下载，相位和极化）与“线性”对应物不同。
非线性晶体是各种高级光学技术和应用的基础。这些范围从激光天博体育app下载转换到光学电信系统。
对非线性晶体的详细讨论需要使用高级数学。相反，此概述将为其基本原理和关键应用程序提供非数学介绍，并突出显示最常用的非线性水晶材料。
什么是非线性光学效果？
材料（固体，液体或气体）和光线之间的大多数相互作用是线性的。这意味着材料对光的影响的大小不会随着光强度而变化。因此，光/材料相互作用（例如折射，反射，传播，吸收和衍射）通常不依赖于强度。
例如，基于折射的镜头的焦距不会随着光而变化而变化。镜子反射光的角度不会随强度而变化。
非线性光学效应相反。在这种情况下，光的强度会影响材料与其相互作用的方式。有时，此过程是不需要的，但也可以利用它来产生在线性条件下无法实现的结果。
最有用的非线性效应是改变天博体育app下载，放大或改变光的相位和/或极化的效应。产生明显的非线性效应所需的光强度水平相对较高。因此，对于大多数普通光源而言，这些效果几乎可以忽略不计。但是，激光器可以轻松达到所需的强度水平，因此非线性效应的发生相对常见。值得一看这些现象中的每一种。
天博体育app下载乘法
几乎所有高功率，工业，固态激光器和纤维激光器在波长约1 µm的红外光附近发射。但是，在许多材料处理应用中，在较短的波长中工作是有利的。这可能是更好地匹配所处理材料的吸收，尤其是金属，这些金属在红外线中往往具有很高的反射性。同样，较短的波长可以将其聚焦于较小的斑点。这可以创建较小的功能。
天博体育app下载转换或乘法是一种广泛使用的方法，可从这些各种红外激光器中获取较短的波长输出。例如，nd：yvo₄激光器的1064 nm输出天博体育app下载可以翻倍至532 nm（绿色），也可以天博体育app下载增加了三倍，达到355 nm（紫外线）。这正是如何在相干中获得这些输出波长的方式avia lx， avia nx，矩阵355激光。固态激光器的天博体育app下载四倍到266 nm（进入紫外线更深）。 的例子是COHERENT HYPYRAPID NXT和azure nx。
该如何工作？当非线性晶体将光束通过它的光束转换为原始天博体育app下载（或一半的波长）时，天博体育app下载加倍或第二次谐波生成（SHG）发生。之所以发生这种情况，是因为晶体的非线性性质允许梁中的光子（光颗粒）成对组合，并以两倍的能量转化为单个光子。结果，光的颜色变为对应于双倍天博体育app下载的颜色。
天博体育app下载三倍，将概念更进一步，将天博体育app下载加倍的效果与额外的过程相结合，以使光的原始天博体育app下载增加三倍。这通常是在两个阶段中实现的：首先，光天博体育app下载加倍，然后将双倍的光与更多的原始光混合在同一或不同的非线性晶体内。这种相互作用产生了原始光的能量（天博体育app下载）的三倍。
必须满足此过程才能成功发生的几种条件。首先，当然，材料本身必须具有支持与传入光的非线性相互作用的必要能力。其次，输入激光必须具有足够的强度。强度越高，非线性效应的运行效率就越有效。
天博体育app下载乘法的另一个重要条件是“相位匹配”。这需要出现，因为非线性晶体内的分散会导致较长的波长输入光和生成的谐波光在不同速度下传播。这种速度不匹配会在两者之间引起破坏性干扰，从而降低了谐波生成的效率。
相位匹配克服了分散带来的挑战。它与基本波和谐波波的相位保持一致，以便它们以相同的有效速度传播，从而在整个晶体中保持建设性干扰。这种比对确保了从基本波到谐波波的能量转化。
温度控制也有助于某些非线性晶体。这是因为温度会影响晶体折射率，这反过来影响相匹配条件。这就是为什么许多像CORERENT这样的制造商都将其产品集成在谐波晶体烤箱中的原因。
总和天博体育app下载产生和差异天博体育app下载产生
总和天博体育app下载产生（SFG）和差异天博体育app下载产生（DFG）是其他两个可以改变激光光的波长的非线性过程。在这些中，两个输入光波结合在一起，产生与原始梁不同天博体育app下载的第三光波。 SFG的关键操作原理是新光波的天博体育app下载是两个输入天博体育app下载的总和。相反，在DFG中，新的光波天博体育app下载是两个输入天博体育app下载之间的差异。
光学参数放大器（OPA）是用于放大激光束而无需吸收信号并通过介质重新散发信号的DFG的特定实施例。在OPA中，将两个光束引入非线性晶体中。一个是较高的天博体育app下载，高强度的“泵梁”，另一个是较低的天博体育app下载，低功率的“信号梁”（一个要放大）。非线性晶体的性质允许将泵束的能量转移到信号梁中。这个过程称为参数下转换。
SFG，DFG和OPA的示意图以及每个输入和输出光天博体育app下载之间的关系。
OPA比传统放大器提供了许多好处。这些包括低噪声，通常更好的光束质量，脉搏成型功能，处理非常高的峰值功率的能力以及使用超短脉冲的能力。
除了放大信号梁外，OPA还输出了“惰轮”。这是DFG生成的光束，因此其天博体育app下载是泵和信号光束天博体育app下载之间的差异。
此关系还允许波长可调性。换句话说，可以放大信号光束并选择其天博体育app下载。然后，惰轮天博体育app下载也必须更改以保持DFG条件满足。
这可以产生具有极大可调性的激光系统，从而使它们能够提供各种应用程序。例如，coherent Opera solo可以根据确切的配置方式调整240 nm至20 µm的巨大光谱范围。
OPA可以像连贯的Opera Solo一样提供一个巨大的调音范围。
kerr效应
Kerr效应是一种非线性光学现象，其中材料的折射率响应于通过它的光的强度而变化。光越强烈，变化就越大。 KERR效应可以根据其强度实时调制光，并具有许多应用。
例如，KERR效应用于光学开关和调节器，这对于电信至关重要。通过改变光的强度（因此，材料折射率）可以控制光纤网络中光的方向，从而无需转换为电信号即可以高速进行信息路由。
Kerr效应的另一种用途是塑造激光脉冲。具体而言，通过使用KERR效应产生相位调制，可以修改脉冲的时间和光谱特性。这对于需要精确控制激光脉冲持续时间和天博体育app下载的应用至关重要。应用范围从某些类型的显微镜到材料处理。
Kerr效应还促进了光学孤子的形成。这些是光的脉冲，它们在长距离内保持其形状而不会分散。该属性在长距离纤维通信中特别有用，因为孤子可以在巨大距离内携带信息，但损失或失真很小。
重要的非线性晶体
目前正在使用各种非线性晶体。每个应用程序（例如SHG或OPA）或一组特定的操作条件都倾向于受到青睐。然而，通常，最受欢迎的材料以其高非线性光学系数，宽透明度范围和良好的相位匹配功能以及各种实用特征（可用尺寸，功率处理能力，成本等）的特色来区分。一些最广泛的材料包括以下内容：
锂部落（LBO）：LBO以其高伤害阈值和宽透明度范围而闻名，使其适用于高功率天博体育app下载加倍和OPO应用。它可用于在较宽的波长范围内的固态和其他激光源的有效SHG。
Beta钡硼酸盐（BBO）：BBO的宽敞透明度范围（从紫外线到近红外），高伤害阈值和高非线性光学系数受到青睐。它被广泛用于天博体育app下载加倍，三倍和其他非线性光学过程，包括在紫外线区域，包括紫外线。
磷酸钛钾（KTP）：KTP通常用于天博体育app下载加倍固态激光器（在1064 nm处），以在532 nm处产生绿光。它提供良好的非线性光学特性，相对较高的伤害阈值，对OPO应用有效。 KTP也因其相匹配的灵活性而受到重视。 此外，KTP可以定期刺激。这意味着在其电动极化方向上创建定期交替。周期性极点可以实现光学参数调制（OPM）和更有效的非线性相互作用。
磷酸钾（KDP）和磷酸钾钾（KD*P）：这些晶体用于高非线性光学系数和宽透明度范围，特别是用于高功率激光器的天博体育app下载加倍和调制。他们还选择用于需要大量晶体的应用，因为它们易于大小。
Niobate锂（Linbo₃）：以其强烈的电效效应而闻名，尼贝特锂被广泛用于调节剂和近红外光的天博体育app下载。它具有较宽的透明度范围，并且能够处理高功率，但是由于其相对较低的非线性光学系数，它需要高强度激光器才能有效SHG。 linbo₃也可以定期进行。
硒耐加仑（GASE）：Gase在中红外在Terahertz范围内具有强烈的非线性光学响应而闻名，使其成为Terahertz Wave生成和中红外应用的首选晶体。
Aggas₂和Aggase：这些硫化银和硒化晶体对于中红外应用很重要，提供了延伸到MID-IR的宽透明度范围。它们在参数振荡器中特别有用，对于天博体育app下载混合以生成MID-IR输出。
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