《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件

《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件,材料性能學(xué),材料,性能,全套,PPT,課件 Department of Chemistry and Material and Engineering第十一章 材料的光學(xué)性能第十一章第十一章 材料的光學(xué)性能材料的光學(xué)性能 光學(xué)材料是功能材料中的重要組成部分。尤其光學(xué)材料是功能材料中的重要組成部分。尤其是激光技術(shù)出現(xiàn)以后，光通訊及光機(jī)電一體化技術(shù)是激光技術(shù)出現(xiàn)以后，光通訊及光機(jī)電一體化技術(shù)得到飛速發(fā)展，對(duì)材料的光學(xué)性能提出了更高的要得到飛速發(fā)展，對(duì)材料的光學(xué)性能提出了更高的要求，因此了解材料的光學(xué)性能顯得非常重要。求，因此了解材料的光學(xué)性能顯得非常重要。簡(jiǎn)要介紹材料的簡(jiǎn)要介紹材料的折射、色散、反射、吸收、散折射、色散、反射、吸收、散射等線性光學(xué)性能射等線性光學(xué)性能的基本概念，線性光學(xué)性能在材的基本概念，線性光學(xué)性能在材料中的應(yīng)用及其影響因素，以及料中的應(yīng)用及其影響因素，以及非線性光學(xué)性能產(chǎn)非線性光學(xué)性能產(chǎn)生的條件、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系生的條件、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，以期研發(fā)新型，以期研發(fā)新型的非線性光學(xué)材料。的非線性光學(xué)材料?？梢姽獾幕拘再|(zhì)可見光的基本性質(zhì)可見光的基本性質(zhì)可見光的基本性質(zhì)光速與真空中的電導(dǎo)率光速與真空中的電導(dǎo)率0和導(dǎo)磁率和導(dǎo)磁率0的關(guān)系的關(guān)系：光速與波長光速與波長和頻和頻率率的關(guān)系：的關(guān)系：粒子的光子（粒子的光子（Photon）的能量為的能量為：第一節(jié)第一節(jié) 線性光學(xué)性能線性光學(xué)性能 在在激激光光技技術(shù)術(shù)出出現(xiàn)現(xiàn)以以前前，描描述述普普通通光光學(xué)學(xué)現(xiàn)現(xiàn)象象的的重重要要公公式式常常表表現(xiàn)現(xiàn)出出數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)上上的的線線性性特特點(diǎn)點(diǎn)。在在解解釋釋介介質(zhì)質(zhì)的的折折射射、散散射射和和雙雙折折射射等等現(xiàn)現(xiàn)象象時(shí)時(shí)，均均假假定定介介質(zhì)質(zhì)的的電電極極化化強(qiáng)強(qiáng)度度P P與與入入射射光光波波中中的的電電場(chǎng)場(chǎng)E E 成簡(jiǎn)單的線性關(guān)系：成簡(jiǎn)單的線性關(guān)系：P=0E 式中式中為介質(zhì)的極化率。為介質(zhì)的極化率。線性光學(xué)性能：線性光學(xué)性能：?jiǎn)我活l率的光入射到非吸收的透明單一頻率的光入射到非吸收的透明介質(zhì)中時(shí)，其頻率不發(fā)生任何變化；不同頻率的光介質(zhì)中時(shí)，其頻率不發(fā)生任何變化；不同頻率的光同時(shí)入射到介質(zhì)中時(shí)，各光波之間不發(fā)生相互耦合，同時(shí)入射到介質(zhì)中時(shí)，各光波之間不發(fā)生相互耦合，也不產(chǎn)生新的頻率；當(dāng)兩束光相遇時(shí)，如果是相干也不產(chǎn)生新的頻率；當(dāng)兩束光相遇時(shí)，如果是相干光，則產(chǎn)生光，則產(chǎn)生干涉干涉，如果是非相干光，則只有光強(qiáng)疊，如果是非相干光，則只有光強(qiáng)疊加，即服從加，即服從線性疊加原理線性疊加原理。線性光學(xué)性能主要應(yīng)用于普通光學(xué)制品及光學(xué)線性光學(xué)性能主要應(yīng)用于普通光學(xué)制品及光學(xué)器件。器件。1、折射率、折射率 當(dāng)當(dāng)光光線線依依次次通通過過兩兩種種不不同同的的介介質(zhì)質(zhì)時(shí)時(shí)，光光的的行行進(jìn)進(jìn)方方向向發(fā)發(fā)生生改改變變，稱稱為為“折折射射”。折折射射現(xiàn)現(xiàn)象象的的實(shí)實(shí)質(zhì)質(zhì)是是由由于于介介質(zhì)質(zhì)密密度度不不同同，光光通通過過時(shí)時(shí)，傳傳播播速速度度不不同同。介介質(zhì)質(zhì)對(duì)對(duì)光光的的折折射射性性質(zhì)質(zhì)用用材材料料的的折折射射率率n表表示示。光光從從真真空空進(jìn)進(jìn)人人介介質(zhì)質(zhì)材材料料時(shí)時(shí)，速速度度降降低低，兩者速度之比即為材料的兩者速度之比即為材料的絕對(duì)折射率絕對(duì)折射率即即:n=v真空真空/v材料材料=C/v材料材料第一節(jié)第一節(jié) 線性光學(xué)性能線性光學(xué)性能一、線性光學(xué)性能的基本參量一、線性光學(xué)性能的基本參量第一節(jié)第一節(jié) 線性光學(xué)性能線性光學(xué)性能v 入射角、折射角與材料的入射角、折射角與材料的 折射率、有下述關(guān)系：折射率、有下述關(guān)系：v 折射率折射率n n的定義：的定義：入射束入射束折射束折射束ir 1、折射率、折射率 介質(zhì)的折射率永遠(yuǎn)是大于介質(zhì)的折射率永遠(yuǎn)是大于1的常數(shù)，如空氣的常數(shù)，如空氣的的n=1.0003。折射率折射率n與介質(zhì)的極化現(xiàn)象有關(guān)，一般情況與介質(zhì)的極化現(xiàn)象有關(guān)，一般情況下離子的極化率愈大，下離子的極化率愈大，n也愈大。可以用大離子也愈大。可以用大離子得到高折射率，如得到高折射率，如PbS的的n=3.912；用小離子得；用小離子得到低折射率，如到低折射率，如SiCl4的的n=1.412。晶體中沿。晶體中沿密堆密堆積方向上積方向上具有最高的折射率。具有最高的折射率。一、線性光學(xué)性能的基本參量常用物體折射率表常用物體折射率表空氣空氣1.0003玻璃，鋅冠玻璃，鋅冠 1.517 液體二氧化碳液體二氧化碳 1.2玻璃，冠玻璃，冠1.52重火石玻璃重火石玻璃1.65冰冰1.309 氯化鈉氯化鈉1.53二碘甲烷二碘甲烷1.74水水(20度度)1.333 紅寶石紅寶石1.77丙酮丙酮1.36聚苯乙烯聚苯乙烯1.55蘭寶石蘭寶石1.77普通酒精普通酒精1.36石英石英 21.553 特重火石玻璃特重火石玻璃 1.8930%的糖溶液的糖溶液 1.38翡翠翡翠1.57水晶水晶2酒精酒精1.329 輕火石玻璃輕火石玻璃 1.575 鉆石鉆石2.417面粉面粉1.434 天青石天青石1.61氧化鉻氧化鉻2.705溶化的石英溶化的石英1.46黃晶黃晶1.61氧化銅氧化銅2.705 二硫化碳二硫化碳1.63非晶硒非晶硒2.9280%的糖溶液的糖溶液 1.49石英石英 1.644 碘晶體碘晶體3.342、色散及色散系數(shù)、色散及色散系數(shù) 材料的折射率隨入射光波長的增加而減小的材料的折射率隨入射光波長的增加而減小的性質(zhì)，稱為折射率的色散。其數(shù)值大小為：性質(zhì)，稱為折射率的色散。其數(shù)值大小為：色散色散dn/d 數(shù)值可以由色散曲線（如下圖）來確定。數(shù)值可以由色散曲線（如下圖）來確定。一、線性光學(xué)性能的基本參量2、色散及色散系數(shù)、色散及色散系數(shù) 自然光透過單片透鏡，色散使像的周圍環(huán)繞自然光透過單片透鏡，色散使像的周圍環(huán)繞了一圈色帶，成像不清晰，稱為色差?？朔牧艘蝗ι珟?，成像不清晰，稱為色差?？朔姆椒ㄊ怯貌煌铺?hào)的光學(xué)玻璃，分別磨成凸透方法是用不同牌號(hào)的光學(xué)玻璃，分別磨成凸透鏡和凹透鏡復(fù)合鏡頭，以消除色差，這被稱之鏡和凹透鏡復(fù)合鏡頭，以消除色差，這被稱之為消色差鏡頭。為消色差鏡頭。一、線性光學(xué)性能的基本參量3、雙折射及非常光折射率、雙折射及非常光折射率 光學(xué)材料可分為光學(xué)材料可分為光學(xué)均質(zhì)介質(zhì)和非均質(zhì)介光學(xué)均質(zhì)介質(zhì)和非均質(zhì)介質(zhì)兩類質(zhì)兩類。對(duì)于非晶態(tài)和等軸系晶體物質(zhì)，光通。對(duì)于非晶態(tài)和等軸系晶體物質(zhì)，光通過時(shí)光速不因傳播方向改變而變化，即介質(zhì)只過時(shí)光速不因傳播方向改變而變化，即介質(zhì)只有一個(gè)折射率，稱為有一個(gè)折射率，稱為“均質(zhì)介質(zhì)均質(zhì)介質(zhì)”。除此以外，。除此以外，晶體材料都是晶體材料都是“非均質(zhì)介質(zhì)非均質(zhì)介質(zhì)”。一、線性光學(xué)性能的基本參量3、雙折射及非常光折射率、雙折射及非常光折射率雙折射雙折射：自然光進(jìn)入非均質(zhì)介質(zhì)時(shí)，一般都：自然光進(jìn)入非均質(zhì)介質(zhì)時(shí)，一般都要分為振動(dòng)方向相互垂直、傳播速度不等的要分為振動(dòng)方向相互垂直、傳播速度不等的兩個(gè)波，分別構(gòu)成兩條折射光線的現(xiàn)象。兩個(gè)波，分別構(gòu)成兩條折射光線的現(xiàn)象。雙折射是非均質(zhì)晶體的特性，是材料各雙折射是非均質(zhì)晶體的特性，是材料各向異性的表現(xiàn)向異性的表現(xiàn)。一、線性光學(xué)性能的基本參量一、線性光學(xué)性能的基本參量4、反射及反射系數(shù)、反射及反射系數(shù) 當(dāng)光線由介質(zhì)當(dāng)光線由介質(zhì)1入射到介質(zhì)入射到介質(zhì)2時(shí)，光在界面上分時(shí)，光在界面上分成了反射光和折射光。當(dāng)入射光的單位能量流為成了反射光和折射光。當(dāng)入射光的單位能量流為W時(shí)時(shí):W、W分別為單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的反射光分別為單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的反射光和折射光的能量流。和折射光的能量流。W=W+W5、全反射、全反射 當(dāng)當(dāng)光光線線從從光光密密介介質(zhì)質(zhì)（玻玻璃璃）進(jìn)進(jìn)入入光光疏疏介介質(zhì)質(zhì)（空空氣氣）中中時(shí)時(shí)，折折射射角角大大于于入入射射角角i。當(dāng)當(dāng)i為為某某值值時(shí)時(shí)，可可達(dá)達(dá)到到90，相相當(dāng)當(dāng)于于光光線線平平行行于于表表面面而而傳傳播播。對(duì)對(duì)于于任任一一更更大大的的 i 值值，光光線線全全部部向向內(nèi)內(nèi)反反射射回回光光密密介介質(zhì)質(zhì)內(nèi)內(nèi)。全部向內(nèi)反射的臨界角為：全部向內(nèi)反射的臨界角為：Sini臨界臨界=1/n1 一、線性光學(xué)性能的基本參量 典典型型玻玻璃璃的的n=1.50，臨臨界界角角約約為為42。對(duì)對(duì)于于在在玻玻璃璃纖纖維維內(nèi)內(nèi)傳傳播播的的光光線線，其其方方向向與與纖纖維維表表面面的的法法向向所所成成夾夾角角如如果果大大于于42，則則光光線線全全部部內(nèi)內(nèi)反反射射，無無折折射射能能量量損損失失。光光纖纖通通訊訊正正是是利利用了此特性。用了此特性。6、吸收系數(shù)、吸收系數(shù) 光線穿過介質(zhì)時(shí)，引起介質(zhì)的價(jià)電光線穿過介質(zhì)時(shí)，引起介質(zhì)的價(jià)電子子躍遷躍遷，或使原子振動(dòng)而，或使原子振動(dòng)而消耗能量消耗能量。此。此外，介質(zhì)中的價(jià)電子還可能吸收光子能外，介質(zhì)中的價(jià)電子還可能吸收光子能量而激發(fā)，當(dāng)尚未退激而發(fā)出光子時(shí)，量而激發(fā)，當(dāng)尚未退激而發(fā)出光子時(shí)，電子的能量轉(zhuǎn)變成分子的動(dòng)能亦即熱能，電子的能量轉(zhuǎn)變成分子的動(dòng)能亦即熱能，從而造成光能的衰減，即材料對(duì)光的吸從而造成光能的衰減，即材料對(duì)光的吸收。收。一、線性光學(xué)性能的基本參量材料對(duì)光的吸收率與波長的關(guān)系材料對(duì)光的吸收率與波長的關(guān)系 金屬對(duì)光能吸收很強(qiáng)烈，這是因?yàn)榻饘俚膬r(jià)電子處于金屬對(duì)光能吸收很強(qiáng)烈，這是因?yàn)榻饘俚膬r(jià)電子處于未滿帶，吸收光子后即呈激發(fā)態(tài)，用不著躍遷到導(dǎo)帶未滿帶，吸收光子后即呈激發(fā)態(tài)，用不著躍遷到導(dǎo)帶即能發(fā)生碰撞而發(fā)熱。因此，在電磁波譜的可見光區(qū)，即能發(fā)生碰撞而發(fā)熱。因此，在電磁波譜的可見光區(qū)，金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)都很大。金屬和半導(dǎo)體的吸收系數(shù)都很大。材料對(duì)光的吸收率與波長的關(guān)系材料對(duì)光的吸收率與波長的關(guān)系 電介質(zhì)材料（如玻璃、陶瓷及高分子材料）大部分在這個(gè)電介質(zhì)材料（如玻璃、陶瓷及高分子材料）大部分在這個(gè)波譜區(qū)內(nèi)都有良好的透過性，也就是說吸收系數(shù)很小，這波譜區(qū)內(nèi)都有良好的透過性，也就是說吸收系數(shù)很小，這是因?yàn)殡娊橘|(zhì)材料的價(jià)電子所處的能帶是滿帶，它不能吸是因?yàn)殡娊橘|(zhì)材料的價(jià)電子所處的能帶是滿帶，它不能吸收光子而自由運(yùn)動(dòng)，而光子的能量又不足以使價(jià)電子躍遷收光子而自由運(yùn)動(dòng)，而光子的能量又不足以使價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶，所以在一定的波長范圍內(nèi)，吸收系數(shù)很小。到導(dǎo)帶，所以在一定的波長范圍內(nèi)，吸收系數(shù)很小。6、吸收系數(shù)、吸收系數(shù)選擇性吸收選擇性吸收：指材料對(duì)某一波段有強(qiáng)烈的吸收：指材料對(duì)某一波段有強(qiáng)烈的吸收作用，而對(duì)其他波段則吸收較弱或不吸收的現(xiàn)作用，而對(duì)其他波段則吸收較弱或不吸收的現(xiàn)象。象。嚴(yán)格說來，一切介質(zhì)都是選擇性吸收介質(zhì)。嚴(yán)格說來，一切介質(zhì)都是選擇性吸收介質(zhì)。均勻吸收均勻吸收：在可見光范圍內(nèi)，對(duì)各種波長的吸：在可見光范圍內(nèi)，對(duì)各種波長的吸收程度相同的現(xiàn)象。在均勻吸收的情況下，隨收程度相同的現(xiàn)象。在均勻吸收的情況下，隨著吸收程度的增加，顏色從灰變到黑。著吸收程度的增加，顏色從灰變到黑。一、線性光學(xué)性能的基本參量7、散射、散射 光波遇到不均勻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與主波方向不光波遇到不均勻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與主波方向不一致的次級(jí)波，與主波合成出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，一致的次級(jí)波，與主波合成出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，使光波偏離原來的方向，從而引起散射，例使光波偏離原來的方向，從而引起散射，例如含有小粒子的透明介質(zhì)、光性能不同的晶如含有小粒子的透明介質(zhì)、光性能不同的晶界相、氣孔或其他夾雜物，都會(huì)引起一部分界相、氣孔或其他夾雜物，都會(huì)引起一部分光束被散射，從而減弱光束強(qiáng)度。光束被散射，從而減弱光束強(qiáng)度。一、線性光學(xué)性能的基本參量7、散射、散射 若散射質(zhì)點(diǎn)的體積分?jǐn)?shù)不變，當(dāng)若散射質(zhì)點(diǎn)的體積分?jǐn)?shù)不變，當(dāng)d時(shí)，則隨著時(shí)，則隨著d的增加，的增加，S反而減小反而減小;當(dāng)當(dāng)d時(shí)，時(shí)，S達(dá)最大值。當(dāng)達(dá)最大值。當(dāng)d 時(shí)，反射、折射引時(shí)，反射、折射引起的總體散射起主導(dǎo)作用。起的總體散射起主導(dǎo)作用?？傊⑸滟|(zhì)點(diǎn)的折射率與基體的總之，散射質(zhì)點(diǎn)的折射率與基體的折射折射率相差越大率相差越大，將產(chǎn)生越嚴(yán)重的散射。，將產(chǎn)生越嚴(yán)重的散射。一、線性光學(xué)性能的基本參量 1、透光性、透光性材料可以使光透過的性能稱為透光性。透光材料可以使光透過的性能稱為透光性。透光性是一個(gè)綜合指標(biāo)，即光能通過介質(zhì)材料后性是一個(gè)綜合指標(biāo)，即光能通過介質(zhì)材料后剩余光能所占的百分比。剩余光能所占的百分比。反射損失、吸收損失、散射損失反射損失、吸收損失、散射損失二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 1、透光性、透光性 影響材料透光性的因素主要是材料的影響材料透光性的因素主要是材料的吸收系吸收系數(shù)、反射系數(shù)及散射系數(shù)數(shù)、反射系數(shù)及散射系數(shù)。其中其中吸收系數(shù)吸收系數(shù)與材料的性質(zhì)密切相關(guān)。如與材料的性質(zhì)密切相關(guān)。如金屬材料因吸收系數(shù)太大而不透光。陶瓷、玻金屬材料因吸收系數(shù)太大而不透光。陶瓷、玻璃和大多數(shù)純凈的高分子介電材料，吸收系數(shù)璃和大多數(shù)純凈的高分子介電材料，吸收系數(shù)在可見光范圍內(nèi)是比較低的，不是影響透光性在可見光范圍內(nèi)是比較低的，不是影響透光性的主要因素。的主要因素。反射系數(shù)反射系數(shù)與相對(duì)折射率和表面光潔度有關(guān)。與相對(duì)折射率和表面光潔度有關(guān)。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 1、透光性、透光性散射系數(shù)是影響材料透光性的主要因素，表現(xiàn)散射系數(shù)是影響材料透光性的主要因素，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在以下幾個(gè)方面：(1)材料的宏觀及顯微缺陷材料的宏觀及顯微缺陷 材料中的夾雜物、材料中的夾雜物、摻雜、晶界等對(duì)光的折射性能與主晶相不同，摻雜、晶界等對(duì)光的折射性能與主晶相不同，因而在不均勻界面上形成相對(duì)折射率因而在不均勻界面上形成相對(duì)折射率n21，此值，此值越大則界面上的反射系數(shù)越大，散射因子也越越大則界面上的反射系數(shù)越大，散射因子也越大，因而散射系數(shù)變大。大，因而散射系數(shù)變大。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 1、透光性、透光性散射系數(shù)是影響材料透光性的主要因素，表現(xiàn)散射系數(shù)是影響材料透光性的主要因素，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在以下幾個(gè)方面：(2)晶粒排列方向的影響晶粒排列方向的影響 如果材料不是各向同如果材料不是各向同性體，則存在雙折射問題，與晶軸成不同角度性體，則存在雙折射問題，與晶軸成不同角度的方向上，折射率均不相同。在多晶材料中，的方向上，折射率均不相同。在多晶材料中，晶粒的不同取向均產(chǎn)生反射及散射損失。晶粒的不同取向均產(chǎn)生反射及散射損失。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 1、透光性、透光性 散射系數(shù)是影響材料透光性的主要因素，表散射系數(shù)是影響材料透光性的主要因素，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(3)氣孔引起的散射損失氣孔引起的散射損失 存在于晶粒之間以及存在于晶粒之間以及晶界玻璃相中的氣孔，從光學(xué)上講構(gòu)成了第二晶界玻璃相中的氣孔，從光學(xué)上講構(gòu)成了第二相，其折射率與基體材料相差較大。由此引起相，其折射率與基體材料相差較大。由此引起的損失遠(yuǎn)較雜質(zhì)、不等向晶粒排列等因素引起的損失遠(yuǎn)較雜質(zhì)、不等向晶粒排列等因素引起的損失為的損失為大大。但氣孔的影響程度與氣孔的直徑。但氣孔的影響程度與氣孔的直徑有關(guān)。假如是微小氣孔（小于波長），散射損有關(guān)。假如是微小氣孔（小于波長），散射損失不大。失不大。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 2、界面反射與光澤、界面反射與光澤材料對(duì)光的反射取決于材料材料對(duì)光的反射取決于材料的反射系數(shù)。但就反射效果的反射系數(shù)。但就反射效果而言，都與反射界面的光潔而言，都與反射界面的光潔度有關(guān)。光潔度非常高的情度有關(guān)。光潔度非常高的情況下，反射光線具有較高的況下，反射光線具有較高的方向性，一般稱為鏡反射。方向性，一般稱為鏡反射。反之，反射線沒有方向性的反之，反射線沒有方向性的稱為漫反射，如右圖所示：稱為漫反射，如右圖所示：二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素圖圖11-711-7 鏡面反射與漫反射鏡面反射與漫反射(a)(a)釉或搪瓷釉或搪瓷(b)(b)毛玻璃或瓷體毛玻璃或瓷體 2、界面反射與光澤、界面反射與光澤 利用光的反射可以在光學(xué)材料中達(dá)到各利用光的反射可以在光學(xué)材料中達(dá)到各種應(yīng)用目的，例如雕花玻璃器皿，含鉛量高，種應(yīng)用目的，例如雕花玻璃器皿，含鉛量高，折射率高，因而反射率約為普遍鈉鈣硅酸鹽折射率高，因而反射率約為普遍鈉鈣硅酸鹽玻璃的兩倍，達(dá)到很好的裝飾效果。寶石的玻璃的兩倍，達(dá)到很好的裝飾效果。寶石的高折射率使之具有高反射性能。通訊用光導(dǎo)高折射率使之具有高反射性能。通訊用光導(dǎo)纖維，有賴于光束總的內(nèi)反射。纖維，有賴于光束總的內(nèi)反射。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 2、界面反射與光澤、界面反射與光澤 光澤主要由折射率和表面光潔度決定。光澤主要由折射率和表面光潔度決定。普通陶瓷為了獲得高的表面光澤，常采用鉛基普通陶瓷為了獲得高的表面光澤，常采用鉛基釉，在足夠高的燒成溫度下，使釉鋪展成光滑表釉，在足夠高的燒成溫度下，使釉鋪展成光滑表面。面。若減小表面光澤，可采用低折射率玻璃，或若減小表面光澤，可采用低折射率玻璃，或使釉中析晶。玻璃材料常用研磨、噴砂、表面化使釉中析晶。玻璃材料常用研磨、噴砂、表面化學(xué)腐蝕以及由懸浮液、溶液或者氣相沉積一層細(xì)學(xué)腐蝕以及由懸浮液、溶液或者氣相沉積一層細(xì)粒材料產(chǎn)生粗糙無光表面。粒材料產(chǎn)生粗糙無光表面。難獲得高光澤的釉和搪瓷是由于晶體形成時(shí)造難獲得高光澤的釉和搪瓷是由于晶體形成時(shí)造成的表面成的表面粗糙粗糙、起伏起伏或者氣泡爆裂造成的或者氣泡爆裂造成的凹坑凹坑。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 3、不透明和半透明性、不透明和半透明性 有許多材料本來是透明的電介質(zhì)，也可以被有許多材料本來是透明的電介質(zhì)，也可以被制成半透明或不透明的。其基本原理是設(shè)法使光制成半透明或不透明的。其基本原理是設(shè)法使光線在材料內(nèi)部發(fā)生多次線在材料內(nèi)部發(fā)生多次反射反射(包括漫反射包括漫反射)和和折射折射，致使透射光線變得十分彌散，當(dāng)致使透射光線變得十分彌散，當(dāng)散射散射作用非常強(qiáng)作用非常強(qiáng)烈，以致幾乎沒有光線透過時(shí)，材料看起來就不烈，以致幾乎沒有光線透過時(shí)，材料看起來就不透明了。透明了。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 3、不透明和半透明性、不透明和半透明性 在基質(zhì)玻璃中引入乳濁劑產(chǎn)生不透明，在基質(zhì)玻璃中引入乳濁劑產(chǎn)生不透明，決定乳濁度的主要因素是第二相的顆粒尺決定乳濁度的主要因素是第二相的顆粒尺寸、體積分?jǐn)?shù)及相對(duì)折射率等，常用乳濁寸、體積分?jǐn)?shù)及相對(duì)折射率等，常用乳濁劑為劑為TiO2、SnO2及及ZrSiO4等，為了得到最等，為了得到最大的散射效果，乳濁劑顆粒不能與玻璃相大的散射效果，乳濁劑顆粒不能與玻璃相起反應(yīng)，體積分?jǐn)?shù)要高，尺寸應(yīng)與入射光起反應(yīng)，體積分?jǐn)?shù)要高，尺寸應(yīng)與入射光波長相當(dāng)，相對(duì)折射率要大。波長相當(dāng)，相對(duì)折射率要大。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素 4、其他光學(xué)性能的應(yīng)用、其他光學(xué)性能的應(yīng)用（1 1）熒光和磷光）熒光和磷光 由輻射或其他形式的能量激發(fā)電子從價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，由輻射或其他形式的能量激發(fā)電子從價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶，當(dāng)其返回到價(jià)帶時(shí)發(fā)射出光子，產(chǎn)生當(dāng)其返回到價(jià)帶時(shí)發(fā)射出光子，產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象發(fā)光現(xiàn)象。與熱輻。與熱輻射發(fā)光相區(qū)別，稱這種發(fā)光為冷光。冷光發(fā)光一般有二射發(fā)光相區(qū)別，稱這種發(fā)光為冷光。冷光發(fā)光一般有二種類型：種類型：熒光熒光和和磷光磷光。光（小于光（小于1010nsns）的為熒光）的為熒光，馳豫馳豫較長時(shí)間者為磷光較長時(shí)間者為磷光，發(fā)光機(jī)理如下：，發(fā)光機(jī)理如下：4、其他光學(xué)性能的應(yīng)用、其他光學(xué)性能的應(yīng)用（2）激光材料）激光材料 激光材料由基質(zhì)和激活離子組成，基質(zhì)的作用激光材料由基質(zhì)和激活離子組成，基質(zhì)的作用主要是為激活離子主要是為激活離子(發(fā)光心發(fā)光心)提供一個(gè)合適的晶格場(chǎng)，提供一個(gè)合適的晶格場(chǎng)，使之產(chǎn)生受激發(fā)射，應(yīng)用最廣的基質(zhì)是氧化物及氟使之產(chǎn)生受激發(fā)射，應(yīng)用最廣的基質(zhì)是氧化物及氟化物晶體，化物晶體，Al2O3、Y3Al5O15、YAlO3（YAP）及）及BaF、SrF、YLiF 作為發(fā)光中心的小量摻雜離子稱作為發(fā)光中心的小量摻雜離子稱為激活離子，主要為過渡金屬離子、為激活離子，主要為過渡金屬離子、3價(jià)稀土離子價(jià)稀土離子等。等。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素4、其他光學(xué)性能的應(yīng)用、其他光學(xué)性能的應(yīng)用（2）激光材料）激光材料 紅寶石紅寶石CrAl2O3激光器廣泛應(yīng)用于激光加激光器廣泛應(yīng)用于激光加工、激光測(cè)距、激光醫(yī)療器械等方面，迄今工、激光測(cè)距、激光醫(yī)療器械等方面，迄今仍是一種重要的激光晶體。這是一種在仍是一種重要的激光晶體。這是一種在Al2O3基質(zhì)晶體中摻雜了少量基質(zhì)晶體中摻雜了少量Cr3+的激光晶體，的激光晶體，Cr3+離子取代了離子取代了Al3+離子，晶體顏色為紅色。離子，晶體顏色為紅色。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素紅寶石紅寶石CrAlCrAl2 2O O3 3激光器工作原理激光器工作原理 用氙閃光燈照射一加工用氙閃光燈照射一加工好的紅寶石棒時(shí)，好的紅寶石棒時(shí)，CrCr3+3+離子上離子上的的d d電子可以從電子可以從4 4A A2 2基態(tài)激發(fā)到基態(tài)激發(fā)到4 4F F2 2和和4 4F F1 1激發(fā)態(tài)。這些激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。這些激發(fā)態(tài)壽命很短，通過無輻射躍遷迅壽命很短，通過無輻射躍遷迅即衰變，降到即衰變，降到2 2E E能級(jí)。能級(jí)。2 2E E激發(fā)激發(fā)態(tài)的壽命很長，約為態(tài)的壽命很長，約為5 51010-3-3秒秒，這表明有足夠的時(shí)間形成集，這表明有足夠的時(shí)間形成集中粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。然后由中粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。然后由2 2E E能級(jí)能級(jí)躍遷返回基態(tài)，多余的能量以躍遷返回基態(tài)，多余的能量以光能的形式釋放出來，于是就光能的形式釋放出來，于是就產(chǎn)生了激光，其波長為產(chǎn)生了激光，其波長為63946394埃。埃。紅寶石激光器示意圖紅寶石激光器示意圖 GaAsGaAs半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器 科學(xué)數(shù)碼相機(jī)上的科學(xué)數(shù)碼相機(jī)上的CCDCCD 4、其他光學(xué)性能的應(yīng)用、其他光學(xué)性能的應(yīng)用（3）電光與聲光材料）電光與聲光材料 外加電場(chǎng)的作用引起材料光折射率或光外加電場(chǎng)的作用引起材料光折射率或光吸收變化的效應(yīng)，稱為吸收變化的效應(yīng)，稱為電光效應(yīng)電光效應(yīng)。利用材料。利用材料電光效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)光波強(qiáng)度、相位、頻率、電光效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)光波強(qiáng)度、相位、頻率、偏振和傳播方向的控制，在光電子技術(shù)中，偏振和傳播方向的控制，在光電子技術(shù)中，電光材料廣泛用作光調(diào)制器、電光材料廣泛用作光調(diào)制器、光開關(guān)光開關(guān)、光雙、光雙穩(wěn)態(tài)、光空間調(diào)制器、光顯示器及穩(wěn)態(tài)、光空間調(diào)制器、光顯示器及光波導(dǎo)光波導(dǎo)器器件等。件等。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素4、其他光學(xué)性能的應(yīng)用、其他光學(xué)性能的應(yīng)用（3）電光與聲光材料）電光與聲光材料 除外加電場(chǎng)外，晶體的折射率還可以由應(yīng)除外加電場(chǎng)外，晶體的折射率還可以由應(yīng)變引起變化，聲波是一種彈性應(yīng)變波，當(dāng)其通變引起變化，聲波是一種彈性應(yīng)變波，當(dāng)其通過介質(zhì)時(shí)，將引起材料的彈性變形，從而引起過介質(zhì)時(shí)，將引起材料的彈性變形，從而引起材料折射率隨時(shí)間和空間的周期變化，此即所材料折射率隨時(shí)間和空間的周期變化，此即所謂的聲光效應(yīng)。應(yīng)變的作用是改變晶格的內(nèi)部謂的聲光效應(yīng)。應(yīng)變的作用是改變晶格的內(nèi)部勢(shì)能，使得約束較弱的電子軌道的形狀和尺寸勢(shì)能，使得約束較弱的電子軌道的形狀和尺寸發(fā)生變化，因而引起極化率及折射率的變化。發(fā)生變化，因而引起極化率及折射率的變化。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素4、其他光學(xué)性能的應(yīng)用、其他光學(xué)性能的應(yīng)用（3）電光與聲光材料）電光與聲光材料 聲光材料在超聲波場(chǎng)作用下呈現(xiàn)光學(xué)各向聲光材料在超聲波場(chǎng)作用下呈現(xiàn)光學(xué)各向異性，光通過載有聲波的材料時(shí)，將產(chǎn)生光的異性，光通過載有聲波的材料時(shí)，將產(chǎn)生光的衍射，其傳播方向、頻率和強(qiáng)度均發(fā)生改變。衍射，其傳播方向、頻率和強(qiáng)度均發(fā)生改變。重要的電光及聲光材料有重要的電光及聲光材料有LiNbO3、LiTaO3、KH2PO4等。等。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素第二節(jié)第二節(jié) 非線性光學(xué)性能非線性光學(xué)性能 將激光束入射到石英晶體（將激光束入射到石英晶體（-SiO2），實(shí)驗(yàn)），實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)了兩束出射光，一束是原來入射的紅過程中發(fā)現(xiàn)了兩束出射光，一束是原來入射的紅寶石激光，波長為寶石激光，波長為694.3nm，另一束是新產(chǎn)生的，另一束是新產(chǎn)生的紫外光，其波長為紫外光，其波長為347.2nm，頻率恰好為紅寶石，頻率恰好為紅寶石激光頻率的兩倍，也具有激光的所有性質(zhì)，這是激光頻率的兩倍，也具有激光的所有性質(zhì)，這是國際上首次發(fā)現(xiàn)的激光倍頻現(xiàn)象，它不僅標(biāo)志著國際上首次發(fā)現(xiàn)的激光倍頻現(xiàn)象，它不僅標(biāo)志著非線光學(xué)的誕生，而且強(qiáng)有力的推動(dòng)了非線性光非線光學(xué)的誕生，而且強(qiáng)有力的推動(dòng)了非線性光學(xué)材料的發(fā)展。（學(xué)材料的發(fā)展。（1961）高度集束的激光，能量也非常集中。舉例說，在日常高度集束的激光，能量也非常集中。舉例說，在日常生活中生活中,我們認(rèn)為太陽是非常亮的，但一臺(tái)巨脈沖紅寶石激我們認(rèn)為太陽是非常亮的，但一臺(tái)巨脈沖紅寶石激光器發(fā)出的激光卻比太陽還亮光器發(fā)出的激光卻比太陽還亮200200億倍。當(dāng)然，激光比太陽億倍。當(dāng)然，激光比太陽還亮，并不是因?yàn)樗目偰芰勘忍栠€大，而是由于它的能還亮，并不是因?yàn)樗目偰芰勘忍栠€大，而是由于它的能量非常集中。例如，紅寶石激光器發(fā)出的激光射束，能穿透量非常集中。例如，紅寶石激光器發(fā)出的激光射束，能穿透一張一張3 3厘米厚的鋼板，但總能量卻不足以煮熟一個(gè)雞蛋。厘米厚的鋼板，但總能量卻不足以煮熟一個(gè)雞蛋。激光作為武器，有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。首先，它可以用光激光作為武器，有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。首先，它可以用光速飛行，每秒速飛行，每秒3030萬公里，任何武器都沒有這樣高的速度。它萬公里，任何武器都沒有這樣高的速度。它一旦瞄準(zhǔn)，幾乎不要什么時(shí)間就立刻擊中目標(biāo)，用不著考慮一旦瞄準(zhǔn)，幾乎不要什么時(shí)間就立刻擊中目標(biāo)，用不著考慮提前量。另外，它可以在極小的面積上、在極短的時(shí)間里集提前量。另外，它可以在極小的面積上、在極短的時(shí)間里集中超過核武器中超過核武器100100萬倍的能量，還能很靈活地改變方向，沒萬倍的能量，還能很靈活地改變方向，沒有任何發(fā)射性污染。有任何發(fā)射性污染。第二節(jié)第二節(jié) 非線性光學(xué)性能非線性光學(xué)性能一、非線性光學(xué)性能的概念一、非線性光學(xué)性能的概念 在激光作用下，介質(zhì)的電極化強(qiáng)度在激光作用下，介質(zhì)的電極化強(qiáng)度P與入射光場(chǎng)與入射光場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)E的關(guān)系為一般的冪級(jí)數(shù)關(guān)系：的關(guān)系為一般的冪級(jí)數(shù)關(guān)系：Pi=(1)ijEij（1）+（2）ijkEj（1）Ek（2）+（3）ijkl Ej（1）Ek（2）El（3）+式中式中（1）ij是是線性極化系數(shù)線性極化系數(shù)（或稱線性極化率）（或稱線性極化率），（2）ijk、（3）ijkl分別為二階，三階分別為二階，三階非線性極化系數(shù)非線性極化系數(shù)。為張量，各項(xiàng)系數(shù)的數(shù)值逐項(xiàng)下降為張量，各項(xiàng)系數(shù)的數(shù)值逐項(xiàng)下降7-8個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。1、2、3.為不同為不同光頻電場(chǎng)的角頻率。通常把光頻電場(chǎng)的角頻率。通常把以非線性極化觀點(diǎn)解釋的一大類新效應(yīng)稱為以非線性極化觀點(diǎn)解釋的一大類新效應(yīng)稱為非線非線性光學(xué)效應(yīng)性光學(xué)效應(yīng)。一、非線性光學(xué)性能的概念 在在強(qiáng)光強(qiáng)光光學(xué)范圍內(nèi)，光波在介質(zhì)中傳光學(xué)范圍內(nèi)，光波在介質(zhì)中傳播時(shí)不再服從獨(dú)立傳播原理，兩束光波相播時(shí)不再服從獨(dú)立傳播原理，兩束光波相遇時(shí)，也不再滿足線性疊加原理，而要發(fā)遇時(shí)，也不再滿足線性疊加原理，而要發(fā)生強(qiáng)的相互作用，并由此使光波的頻率發(fā)生強(qiáng)的相互作用，并由此使光波的頻率發(fā)生變化。生變化。二、產(chǎn)生非線性光學(xué)性能的條件（自學(xué)）二、產(chǎn)生非線性光學(xué)性能的條件（自學(xué)）1.1.入射光為強(qiáng)光入射光為強(qiáng)光 普通光源的光強(qiáng)約為普通光源的光強(qiáng)約為110Wcm-2，光電場(chǎng)強(qiáng)度約為，光電場(chǎng)強(qiáng)度約為0.110Vcm-1，而原子內(nèi)電場(chǎng)約，而原子內(nèi)電場(chǎng)約109Vcm-1。因此，普通。因此，普通光源發(fā)出的光入射到晶體上時(shí)僅能觀察到線性效應(yīng)。光源發(fā)出的光入射到晶體上時(shí)僅能觀察到線性效應(yīng)。激光屬于強(qiáng)光范圍，光強(qiáng)度可達(dá)激光屬于強(qiáng)光范圍，光強(qiáng)度可達(dá)1010Wcm-2，光電場(chǎng)，光電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)強(qiáng)度可達(dá)107Vcm-1以上（如果對(duì)激光束進(jìn)一步聚焦，光頻以上（如果對(duì)激光束進(jìn)一步聚焦，光頻電場(chǎng)強(qiáng)度還可以進(jìn)一步增大），所以，電場(chǎng)強(qiáng)度還可以進(jìn)一步增大），所以，強(qiáng)激光中的光頻電強(qiáng)激光中的光頻電場(chǎng)強(qiáng)度已接近原子內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)強(qiáng)度已接近原子內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度。極化強(qiáng)度與光電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)。極化強(qiáng)度與光電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系式中高次項(xiàng)的貢獻(xiàn)已不能忽略，正是這些高次項(xiàng)產(chǎn)生了系式中高次項(xiàng)的貢獻(xiàn)已不能忽略，正是這些高次項(xiàng)產(chǎn)生了各類非線性光學(xué)效應(yīng)。各類非線性光學(xué)效應(yīng)。2、晶體的對(duì)稱性要求、晶體的對(duì)稱性要求 二階非線性極化系數(shù)二階非線性極化系數(shù)ijk（以下忽略上標(biāo)（以下忽略上標(biāo)2）是描述二次諧波發(fā)生過程的三階張量，）是描述二次諧波發(fā)生過程的三階張量，在一在一般情況下共有般情況下共有27個(gè)獨(dú)立分量，只能存在于個(gè)獨(dú)立分量，只能存在于20種種沒有對(duì)稱中心的壓電晶類中沒有對(duì)稱中心的壓電晶類中，也只有這樣，其，也只有這樣，其二階非線性極化系數(shù)的所有分量才有可能不全二階非線性極化系數(shù)的所有分量才有可能不全部為零。部為零。二、線性光學(xué)性能的應(yīng)用及其影響因素二、產(chǎn)生非線性光學(xué)性能的條件2、晶體的對(duì)稱性要求、晶體的對(duì)稱性要求 在中近紅外和可見光波段內(nèi)，光的頻率遠(yuǎn)在中近紅外和可見光波段內(nèi)，光的頻率遠(yuǎn)離了晶體離子共振頻率區(qū)，此時(shí)，由于離子質(zhì)離了晶體離子共振頻率區(qū)，此時(shí)，由于離子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量，離子將跟隨不及光頻電場(chǎng)量遠(yuǎn)大于電子質(zhì)量，離子將跟隨不及光頻電場(chǎng)的周期振動(dòng)，離子位移對(duì)晶體電極化強(qiáng)度的貢的周期振動(dòng)，離子位移對(duì)晶體電極化強(qiáng)度的貢獻(xiàn)幾乎為零。因此獻(xiàn)幾乎為零。因此,ijk主要取決于主要取決于電子運(yùn)動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)。如果忽略色散的影響，可得出如果忽略色散的影響，可得出ijk是全對(duì)稱的三是全對(duì)稱的三階張量：階張量：ijk=ikj=jik=jki=kij=kji。二、產(chǎn)生非線性光學(xué)性能的條件2、晶體的對(duì)稱性要求、晶體的對(duì)稱性要求 由于全對(duì)稱性，由于全對(duì)稱性，ijk的的18個(gè)獨(dú)立分量數(shù)目個(gè)獨(dú)立分量數(shù)目減少至減少至10個(gè)，并使個(gè)，并使20種壓電晶類中有兩類：種壓電晶類中有兩類：D4-422和和D6 622的二階非線性極化系數(shù)的的二階非線性極化系數(shù)的所有分量全部為零。這樣，所有分量全部為零。這樣，在在32種晶類中只種晶類中只有有18種晶類才有可能具有非線性光學(xué)效應(yīng)。種晶類才有可能具有非線性光學(xué)效應(yīng)。二、產(chǎn)生非線性光學(xué)性能的條件3、位相匹配、位相匹配 基頻光射入非線性光學(xué)晶體，不同時(shí)刻在基頻光射入非線性光學(xué)晶體，不同時(shí)刻在晶體中的不同部位所發(fā)射的二次諧波，在晶體晶體中的不同部位所發(fā)射的二次諧波，在晶體內(nèi)傳播的過程中要發(fā)生內(nèi)傳播的過程中要發(fā)生相干相干現(xiàn)象，相干的結(jié)果現(xiàn)象，相干的結(jié)果決定著輸出光的強(qiáng)度。如果位相一致（位相差決定著輸出光的強(qiáng)度。如果位相一致（位相差為零），則二次諧波得到不斷加強(qiáng)。如果位相為零），則二次諧波得到不斷加強(qiáng)。如果位相差不一致，則二次諧波將相互抵消；位相差為差不一致，則二次諧波將相互抵消；位相差為180時(shí)，不會(huì)有任何二次諧波的輸出。時(shí)，不會(huì)有任何二次諧波的輸出。二、產(chǎn)生非線性光學(xué)性能的條件3、位相匹配、位相匹配晶體倍頻效應(yīng)的位相匹配條件為：晶體倍頻效應(yīng)的位相匹配條件為：n(2)=n()即倍頻光的折射率即倍頻光的折射率n(2)與基頻光的折射率與基頻光的折射率n()相等相等?？紤]上述晶體位相匹配的要求，屬于。考慮上述晶體位相匹配的要求，屬于立方晶系的晶體，因不具有折射率的各向異性，立方晶系的晶體，因不具有折射率的各向異性，這類晶體不可能實(shí)現(xiàn)角度調(diào)諧位相匹配。這樣，這類晶體不可能實(shí)現(xiàn)角度調(diào)諧位相匹配。這樣，上述可能具有非線性光學(xué)效應(yīng)的上述可能具有非線性光學(xué)效應(yīng)的18種點(diǎn)群中，只種點(diǎn)群中，只剩下剩下16種點(diǎn)群具有非零的二階非線性光學(xué)系數(shù)。種點(diǎn)群具有非零的二階非線性光學(xué)系數(shù)。三、非線性光學(xué)晶體的結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系（自學(xué)）三、非線性光學(xué)晶體的結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系（自學(xué)）自發(fā)現(xiàn)非線性光學(xué)效應(yīng)以后曾提出多種理自發(fā)現(xiàn)非線性光學(xué)效應(yīng)以后曾提出多種理論模型求解晶體的非線性光學(xué)系數(shù)，例如非諧論模型求解晶體的非線性光學(xué)系數(shù)，例如非諧振振子模型、雙能級(jí)模型、鍵電荷模型、鍵參振振子模型、雙能級(jí)模型、鍵電荷模型、鍵參數(shù)模型、電荷轉(zhuǎn)移理論、陰離子基團(tuán)理論及雙數(shù)模型、電荷轉(zhuǎn)移理論、陰離子基團(tuán)理論及雙重基無結(jié)構(gòu)模型等。文中僅對(duì)電荷轉(zhuǎn)移理論及重基無結(jié)構(gòu)模型等。文中僅對(duì)電荷轉(zhuǎn)移理論及陰離子基團(tuán)理論進(jìn)行簡(jiǎn)述。陰離子基團(tuán)理論進(jìn)行簡(jiǎn)述。四、非線性光學(xué)性能的應(yīng)用四、非線性光學(xué)性能的應(yīng)用1、激光變頻晶體、激光變頻晶體 激光變頻是光參量作用過程，它是光波和激光變頻是光參量作用過程，它是光波和光學(xué)介質(zhì)之間最終沒有能量和動(dòng)量交換的過程，光學(xué)介質(zhì)之間最終沒有能量和動(dòng)量交換的過程，激光倍頻、和頻、差頻、光參量振蕩和光參數(shù)激光倍頻、和頻、差頻、光參量振蕩和光參數(shù)放大等均屬于這一類過程放大等均屬于這一類過程，其動(dòng)量和能量是守其動(dòng)量和能量是守恒的恒的，而能量交換只表現(xiàn)在參與非線性相互作，而能量交換只表現(xiàn)在參與非線性相互作用的各個(gè)光波之間，因而這就要求用的各個(gè)光波之間，因而這就要求各個(gè)參與相各個(gè)參與相互作用的光波應(yīng)互作用的光波應(yīng)滿足位相匹配滿足位相匹配條件條件，光學(xué)介質(zhì)，光學(xué)介質(zhì)對(duì)光波不產(chǎn)生共振吸收的作用。對(duì)光波不產(chǎn)生共振吸收的作用。1、激光變頻晶體、激光變頻晶體 ()二次諧波發(fā)生（二次諧波發(fā)生（SHG）二次諧波又稱二次諧波又稱為倍頻為倍頻，當(dāng)激光通過非線性光學(xué)晶體時(shí)，所產(chǎn)，當(dāng)激光通過非線性光學(xué)晶體時(shí)，所產(chǎn)生的二次非線性光學(xué)效應(yīng)，是將生的二次非線性光學(xué)效應(yīng)，是將頻率為頻率為的入的入射光變換成頻率為射光變換成頻率為2的出射光的出射光。例如將。例如將Nd：YAG（釔鋁石榴石，釔鋁石榴石，Y3Al5O12）激光器輸出的）激光器輸出的波長為波長為1.06m的激光，通過的激光，通過KTP（磷酸鈦氧鉀磷酸鈦氧鉀KTiOPO4,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱KTP)晶體晶體后，產(chǎn)生波長為晶體晶體后，產(chǎn)生波長為0.532m的倍頻光，即綠光，可用于眼科醫(yī)療、的倍頻光，即綠光，可用于眼科醫(yī)療、水下攝影和激光測(cè)距等方面。水下攝影和激光測(cè)距等方面。四、非線性光學(xué)性能的應(yīng)用四、非線性光學(xué)性能的應(yīng)用不同激光通過不同倍頻晶體所產(chǎn)生的二次諧波示意圖不同激光通過不同倍頻晶體所產(chǎn)生的二次諧波示意圖 1、激光變頻晶體、激光變頻晶體 ()和頻發(fā)生和頻發(fā)生 當(dāng)兩束頻率不同的光同時(shí)入射當(dāng)兩束頻率不同的光同時(shí)入射非線性光學(xué)晶體時(shí)非線性光學(xué)晶體時(shí),將產(chǎn)生第三種頻率的激光，將產(chǎn)生第三種頻率的激光，3=12。當(dāng)。當(dāng) 3=1+2 時(shí)時(shí),稱為稱為和頻和頻,也稱為激也稱為激光頻率光頻率上轉(zhuǎn)換上轉(zhuǎn)換;當(dāng)當(dāng) 3=1-2 時(shí)，時(shí)，稱為差頻稱為差頻，或或激光頻率激光頻率下轉(zhuǎn)換下轉(zhuǎn)換。借助可調(diào)諧激光，通過非線。借助可調(diào)諧激光，通過非線性光學(xué)晶體和頻發(fā)生，可大大地拓寬激光輻射性光學(xué)晶體和頻發(fā)生，可大大地拓寬激光輻射光譜區(qū)范圍，使其激光輻射波長可達(dá)到遠(yuǎn)紫外光譜區(qū)范圍，使其激光輻射波長可達(dá)到遠(yuǎn)紫外光譜區(qū)。光譜區(qū)。四、非線性光學(xué)性能的應(yīng)用2、光折變晶體、光折變晶體 上述晶體的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)，討論上述晶體的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)，討論的都是晶體僅受光照的情況，實(shí)際上，的都是晶體僅受光照的情況，實(shí)際上，外場(chǎng)如外場(chǎng)如靜電場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)靜電場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)等對(duì)晶體的光等對(duì)晶體的光學(xué)性質(zhì)都有重要影響，從而產(chǎn)生學(xué)性質(zhì)都有重要影響，從而產(chǎn)生電光、彈光、電光、彈光、磁光、熱光及光折變等效應(yīng)磁光、熱光及光折變等效應(yīng)。外場(chǎng)對(duì)宏觀光學(xué)。外場(chǎng)對(duì)宏觀光學(xué)性質(zhì)的影響，主要反映在折射率的變化上，這性質(zhì)的影響，主要反映在折射率的變化上，這種變化雖然很小，但足以改變光在晶體中傳播種變化雖然很小，但足以改變光在晶體中傳播的許多特性。的許多特性。四、非線性光學(xué)性能的應(yīng)用2、光折變晶體、光折變晶體 晶體的折射率隨光頻電場(chǎng)作用而發(fā)生變化晶體的折射率隨光頻電場(chǎng)作用而發(fā)生變化的效應(yīng)，稱為光折變效應(yīng)。的效應(yīng)，稱為光折變效應(yīng)。光折變材料可作為全息記憶系統(tǒng)的存儲(chǔ)介光折變材料可作為全息記憶系統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特點(diǎn)是，信息的寫入是折射率變化方式，質(zhì)，其特點(diǎn)是，信息的寫入是折射率變化方式，故讀出效率很高；信息的記錄與消除方便，而故讀出效率很高；信息的記錄與消除方便，而且能反復(fù)使用，無損讀出，可進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄；且能反復(fù)使用，無損讀出，可進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄；分辯率高，存儲(chǔ)量大。分辯率高，存儲(chǔ)量大。四、非線性光學(xué)性能的應(yīng)用五、非線性光學(xué)極化系數(shù)的測(cè)量五、非線性光學(xué)極化系數(shù)的測(cè)量 絕對(duì)測(cè)量非線性光學(xué)極化系數(shù)總是很困難的絕對(duì)測(cè)量非線性光學(xué)極化系數(shù)總是很困難的，因?yàn)榧す馐奶匦砸赖梅浅＞_。因?yàn)榧す馐奶匦砸赖梅浅＞_。只在很少幾種情況下作過這種絕對(duì)測(cè)量的嘗只在很少幾種情況下作過這種絕對(duì)測(cè)量的嘗試，主要對(duì)磷酸二氫銨試，主要對(duì)磷酸二氫銨(ADP)進(jìn)行了這種測(cè)量，于進(jìn)行了這種測(cè)量，于是可同是可同ADP的非線性光學(xué)極化系數(shù)作比較，來測(cè)的非線性光學(xué)極化系數(shù)作比較，來測(cè)量其他晶體的非線性極化系數(shù)。特別是量其他晶體的非線性極化系數(shù)。特別是KDP、石、石英與英與ADP之間已經(jīng)作過仔細(xì)的比較，在測(cè)量給定之間已經(jīng)作過仔細(xì)的比較，在測(cè)量給定材料的極化系數(shù)時(shí)，現(xiàn)在常用這材料的極化系數(shù)時(shí)，現(xiàn)在常用這3種晶體作為參考種晶體作為參考材料。材料。