4.2 三阶非线性极化系数测量
准波导技术： 准波导模型：由3种波导不同的介质构成 层状结构，3种介质的折射率从高到低依次 为衬底、薄膜和覆盖层。 样品制作：衬底选择为等边棱镜，薄膜 由待测材料制成，覆盖层为空气。 应用：测量薄膜的厚度和线性折射率等 方面，非线性光学材料表征。 缺点：测量材料必须制成薄膜样品。
§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：YAG激光发出的脉冲 激光（λ=1ห้องสมุดไป่ตู้64nm） 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：
4.1 二阶非线性极化系数测量
相位匹配SHG法 Maker条纹法
Kurts粉末倍频法
二阶非线性 极化系数
4.1 二阶非线性极化系数测量
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 χr χ36(KDP)=(3.9±0.1)×10-13m· V-1 χ36(ADP)=(4.87±0.28)×10-13m· V-1
电光 晶体
光折变 晶体
§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 XRD 四圆衍射仪
组分分析 化学分析法 原子光谱法 X射线衍射 激光光谱法 X射线PL谱
缺陷分析
光学显微分析 侵蚀法 缀饰法 激光层析法 X射线形貌术
4.2 三阶非线性极化系数测量
非简并-抽运探测： 测试手段：用一束强的抽运光诱导材料 的非线性折射率，然后一束非简并波长的 探测光来探测折射率的改变量。
优点： 简单，高度灵敏； 不要求高的脉冲能量； 对激光束的空间分布不敏感。
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：KDP KABO的倍频
效应是KDP的 0.7倍
( 2) Pi ij Eij (1 ) ijk E j (1 ) Ek ( 2 ) ( 3) ijkl E j (1 ) Ek ( 2 ) El (3 )
(1)
χij(1)是线性极化系数； χijk(2), χijkl(3)分别为 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。
非线性光学晶体测试技术
By LWW
主要内容
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非线性光学晶体应用概述 晶体显微结构表征
晶体光学品质鉴定 非线性光学性质测试
§1 应用
激光变频 晶体
激光倍频、和频、差频、多次倍 频、参量振荡和放大。拓宽激光 辐射波长的范围，新激光光源
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 器、相位调制器、电光偏转器 光致折射率变化。全息存储、光 学图像处理、光学相位共轭
§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 D sin 2 n A sin 2
折射率色散：Sellmeier方程 2 B C 2 ni Ai 2 i1 2 i1 Bi 2 Ci 2
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/W
χ (3) 的实部为-1.56×10-10m2/V2
4.2 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测量。
4.2 三阶非线性极化系数测量
Z-扫描
简并四波 混频 准波导 非简并 抽运
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。
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两种以上频率的光 波，或者存在同一频率沿两个或两个以上方 向传播的光波，在某个非线性过程中共同参 与介质的非线性相互作用时，介质中光波之 间的相互作用就是所谓的非线性光波混频。 如果三束相干光波因介质的非线性产生第四 束光波，这四束光波的相互作用过程就是四 波混频。若作用的四个光波频率相同，这种 非线性光学过程就是简并四波混频
TPV 0.406(1 s)
0.25
0
0 kn0 (t ) Leff
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)= γI0(t)。
4.1 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
标准物：石英 样品尺寸： 5×7×1.2mm
沿zx面切割 d11=0.45pm/V
4.1 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。