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第一章　非线性光学晶体材料的理论基础1

1.1　晶体学基础2

1.1.1　晶体的点阵结构2

1.1.2　晶体宏观对称性6

1.1.3　晶体微观对称性11

1.1.4　晶体薄膜对称性18

1.1.5　晶体组成、结构与性质三者之间的相互关系19

1.2　晶体的线性光学性质20

1.2.1　光波在介质（晶体）中传播的基本方程21

1.2.2　晶体的极化率和介电常数22

1.2.3　光波在不同晶族晶体中传播23

1.2.4　晶体的折射率色散25

1.3　晶体的非线性光学性质26

1.3.1　晶体的非线性光学现象26

1.3.2　晶体的二阶非线性光学系数？27

1.3.3　相位匹配34

1.3.4　光混频与光参量振荡58

1.3.5　三阶非线性光学效应61

1.3.6　晶体的电光效应62

1.3.7　晶体的光折变效应74

参考文献77

第二章　非线性光学晶体概述79

2.1　非线性光学晶体的发展概况80

2.1.1　激光频率转换（变频）晶体80

2.1.2　电光晶体86

2.1.3　光折变晶体89

2.1.4　激光自倍频晶体93

2.1.5　有机非线性光学晶体94

2.1.6　非线性光学晶体材料发展展望96

2.2　优质非线性光学晶体生长98

2.2.1　晶体生长的必要条件99

2.2.2　晶体生长方法99

2.2.3　晶体生长的基本过程104

2.2.4　晶体的品质鉴定108

2.3　非线性光学晶体应具备的性质112

2.3.1　激光频率转换晶体112

2.3.2　电光晶体113

2.3.3　光折变晶体113

2.3.4　非线性光学晶体的分类114

参考文献115

第三章　磷酸盐和碘酸盐晶体117

一、磷酸盐晶体117

3.1 KDP（KH2PO4）型晶体概述117

3.2　KDP型晶体快速生长124

3.2.1　KDP型晶体快速生长的新进展125

3.2.2　KDP型晶体快速生长实验技术127

3.2.3　KDP型晶体生长速度及其与晶体质量的关系131

3.3 KDP（磷酸二氢钾）晶体133

3.3.1 KDP晶体生长134

3.3.2 KDP晶体的主要性质137

3.3.3 KDP晶体的主要用途142

3.4 DKDP（磷酸二氘钾）晶体142

3.4.1 DKDP原料的合成143

3.4.2 DKDP晶体生长144

3.4.3　DKDP晶体生长中应注意的几个问题148

3.4.4 DKDP晶体的主要性质149

3.4.5 DKDP晶体的主要用途151

3.5 ADP（磷酸二氢铵）晶体151

3.5.1 ADP晶体生长152

3.5.2 ADP晶体的主要性质154

3.5.3 ADP晶体的主要用途155

3.6 DCDA（砷酸二氘铯）晶体156

3.6.1 DCDA原料的合成156

3.6.2 DCDA晶体生长157

3.6.3　DCDA晶体的主要性质158

3.6.4 DCDA晶体的主要用途160

3.7 KTP（KTiOPO4）型晶体概述160

3.7.1 K1-xMxTiOPO4型晶体163

3.7.2 KTiOP1-xAsxO4型晶体164

3.7.3 KTi1-xMxOPO4（KTMP）型晶体165

3.7.4 KTP同型双取代晶体166

3.8 KTP（磷酸钛氧钾）晶体168

3.8.1　高温溶液法生长KTP晶体170

3.8.2 KTP晶体的生长基元174

3.8.3　水热法生长KTP晶体176

3.8.4 KTP晶体的主要性质178

3.8.5 KTP晶体的主要用途181

3.9　几种重要的KTP型晶体182

3.9.1 KTiOAsO4（KTA）（砷酸钛氧钾）晶体182

3.9.2 RbTiOPO4（RTP）（磷酸钛氧铷）晶体184

3.9.3 RbTiOAsO4（RTA）（砷酸钛氧铷）和CsTiOAsO4（砷酸钛氧铯）晶体（CTA）185

二、碘酸盐晶体188

3.10 α-LiIO3（α碘酸锂）晶体189

3.10.1 α-LiIO3晶体生长189

3.10.2　α-LiIO3晶体的主要性质194

3.10.3　α-LiIO3晶体的主要用途196

3.11　α-HIO3（α碘酸）晶体196

3.11.1　α-HIO3晶体生长196

3.11.2　α-HIO3晶体的主要性质196

3.11.3 α-HIO3晶体的主要用途198

3.12 KIO3（碘酸钾）晶体198

3.12.1 KIO3晶体的溶解度及单晶晶核形成198

3.12.2 KIO3单晶生长200

3.12.3 KIO3晶体的性质200

3.13 AMoO3(IO3)（A=K,Rb,Cs）（碘钼酸盐）和A[(VO)2(IO3)3O2]（A=NH4,Rb,Cs）（碘钒酸盐）晶体201

参考文献202

第四章　硼酸盐晶体208

4.1 KB5（五硼酸钾）晶体210

4.1.1 KB5晶体生长212

4.1.2 KB5晶体的主要性质213

4.1.3 KB5晶体的主要用途214

4.2 BBO（偏硼酸钡）晶体214

4.2.1 BBO晶体结构215

4.2.2 BBO晶体生长216

4.2.3 BBO晶体的主要性质222

4.2.4 BBO晶体的主要用途225

4.3 LBO（三硼酸锂）晶体225

4.3.1 LBO晶体结构226

4.3.2 Li2O-B2O3体系相图227

4.3.3 LBO晶体生长228

4.3.4 LBO晶体的主要性质230

4.3.5 LBO晶体的主要用途232

4.4 CBO（三硼酸铯）晶体233

4.4.1 CBO晶体生长233

4.4.2 CBO晶体的主要性质234

4.4.3 CBO晶体的主要用途235

4.5 CLBO（硼酸铯锂）晶体236

4.5.1 CLBO晶体生长236

4.5.2 CLBO晶体的主要性质237

4.5.3 CLBO晶体的主要用途239

4.6　三硼酸铋（BiB3O6）晶体，高称BIBO晶体240

4.6.1 BIBO晶体结构240

4.6.2 BIBO晶体生长241

4.6.3 BIBO晶体的主要性质241

4.6.4 BIBO晶体的主要用途242

4.7 KBBF（氟硼酸铍钾）晶体243

4.8 SBBO（硼酸铍锶）晶体系列244

4.8.1 SBBO（硼酸铍锶）晶体244

4.8.2 TBO（硼酸铍钡）晶体245

4.8.3 BABO（硼酸铝钡）晶体246

4.8.4 KABO（硼酸铝钾）晶体246

4.9 RCOB（三硼酸钙氧稀土）族晶体247

4.9.1 YCOB（三硼酸钙氧钇）晶体248

4.9.2 GdCOB（三硼酸钙氧钆）晶体251

4.9.3 GdYCOB（三硼酸钙氧钇钆）晶体252

4.10 硼磷酸盐——BaBPO5晶体254

参考文献255

第五章　铌酸盐与钛酸盐晶体259

一、铌酸盐晶体259

5.1 LN（铌酸锂）晶体259

5.1.1 LN晶体结构262

5.1.2 LN和掺质LN晶体生长263

5.1.3 LN晶体的主要性质271

5.1.4 LN晶体的主要用途273

5.2 KN（铌酸钾）晶体274

5.2.1 KN晶体结构274

5.2.2 KN和掺质KN晶体生长276

5.2.3 KN晶体的主要性质279

5.2.4 KN晶体的主要用途281

5.3 KLN（铌酸钾锂）晶体282

5.3.1 KLN晶体生长283

5.3.2 KLN晶体的主要性质284

5.3.3 KLN晶体的主要用途284

5.4 KTN（钽铌酸钾）晶体284

5.5 BNN（铌酸钡钠）晶体285

5.5.1 BNN晶体生长287

5.5.2 BNN晶体的主要性质288

5.5.3 BNN晶体的主要用途290

5.6 SBN（铌酸锶钡）晶体290

5.6.1 SBN晶体生长290

5.6.2 SBN晶体的主要性质291

5.6.3 SBN晶体的主要用途293

5.7 改性的SBN晶体293

二、钛酸盐晶体295

5.8 BaTiO3（钛酸钡）晶体295

5.8.1 BaTiO3和掺Ce:BaTiO3晶体生长296

5.8.2 BaTiO3晶体的主要性质300

5.8.3 BaTiO3晶体的主要用途300

5.9 La2Ti2O7（钛酸镧）晶体301

5.9.1 La2Ti2O7晶体生长301

5.9.2 La2Ti2O7晶体的主要性质302

5.9.3 La2Ti2O7晶体的主要用途302

5.10 SrTiO3（钛酸锶）晶体303

5.10.1 SrTiO3晶体生长303

5.10.2 SrTiO3晶体的主要性质304

5.10.3 SrTiO3晶体的主要用途305

参考文献305

第六章 半导体型非线性光学晶体309

6.1　单质半导体型晶体309

6.1.1 Se（硒）单晶体310

6.1.2 Te（碲）单晶体311

6.2　二元化合物半导体型晶体313

一、α-ZnS（立方硫化锌）结构型晶体313

6.2.1 GaAs晶体315

6.2.2 ZnSe晶体319

二、β-ZnS（六方硫化锌）结构型晶体321

6.2.3　CdS晶体323

6.2.4　CdSe晶体325

6.3　三元化合物晶体329

6.3.1 AgGaS2晶体330

6.3.2 AgGaSe2晶体334

6.3.3 Ag3AsS3晶体338

6.3.4 CdGeAs2晶体340

6.3.5 TlAsSe2晶体342

6.3.6 HgCdTe2晶体342

6.3.7 ZnGeP2晶体343

6.4 CdGe(As1-xPx)2和AgGa(Se1-xSx)2固溶体晶体344

6.4.1　固溶体单晶生长344

6.4.2　固溶体单晶的一些性质345

6.5　超晶格与量子结构346

6.5.1　超晶格346

6.5.2　量子结构347

参考文献348

第七章　有机非线性光学晶体351

7.1　有机晶体的结构特点、生长方法和分类352

7.1.1　有机晶体的结构特点352

7.1.2　有机晶体的生长方法353

7.1.3　有机晶体的分类354

7.2　有机盐类非线性光学晶体355

7.2.1　一水甲酸锂晶体356

7.2.2　苹果酸钾晶体360

7.2.3　磺酸水杨酸二钠晶体361

7.2.4 L-精氨酸磷酸盐晶体362

7.2.5 氘化LAP晶体366

7.3　酰胺类晶体——尿素晶体369

7.4　苯基衍生物晶体373

7.4.1 m-硝基苯胺晶体375

7.4.2 2,4-二硝基苯胺基丙酸甲酯晶体377

7.4.3 2-甲基-4-硝基苯胺晶体379

7.4.4 3-乙酰氨基-4-（NN'-二甲氨基）-硝基苯晶体381

7.4.5 3-甲基-4-甲氧基-4'-硝基二苯乙烯晶体382

7.4.6 N-4-硝基苯-(S)-脯氨醇晶体384

7.4.7 4-氨基-4'硝基-二苯硫醚晶体384

7.4.8 3-甲氧基-4-羟基-苯甲醛晶体385

7.4.9 N-（4-硝基苯）-3-氨基-1-丙醇晶体388

7.4.10　苯基脲（C7ON2H9）晶体389

7.5　吡啶衍生物晶体390

7.6　酮衍生物晶体393

7.6.1　查尔酮衍生物晶体394

7.6.2 4-氨基二苯甲酮晶体396

7.7　金属有机配（络）合物晶体397

7.7.1　二氯二硫脲合镉晶体398

7.7.2　一水二氯氨基硫脲合镉晶体400

7.7.3　二卤素三丙烯基硫脲合镉（汞）晶体401

7.7.4　碱金属18-冠-6与硫氰酸镉配合物晶体403

7.8　有机聚合物非线性光学材料404

7.8.1　二阶非线性光学材料405

7.8.2　三阶非线性光学材料406

7.8.3　非线性吸收材料407

7.8.4　光折变聚合物材料407

参考文献408

第八章　激光自倍频晶体412

8.1 Nd:Mg:LiNbO3晶体412

8.1.1 Nd:Mg:LN晶体生长413

8.1.2 Nd:Mg:LN晶体的主要性质413

8.1.3 Nd:Mg:LN晶体的主要用途414

8.2 NYAB晶体414

8.2.1 NYAB晶体结构415

8.2.2 NYAB晶体生长416

8.2.3 NYAB晶体的主要性质416

8.2.4 NYAB晶体的主要用途417

8.3 Yb:YAB晶体417

8.3.1 Yb:YAB晶体结构418

8.3.2 Yb:YAB晶体生长419

8.3.3 Yb:YAB晶体的主要性质419

8.3.4 Yb:YAB晶体的主要用途420

8.4 Nd:YCOB和Cr:Nd:YCOB晶体421

8.4.1 Nd:YCOB晶体421

8.4.2 Cr:Nd:YCOB晶体423

8.5 Nd:GdCOB和Cr:Nd:GdCOB晶体424

8.5.1 Nd:GdCOB晶体424

8.5.2 Cr:Nd:GdCOB晶体425

8.6 Yb:YCOB和Yb:GdCOB晶体426

8.7 Er:YCOB和Er:Yb:YCOB晶体427

8.8 Nd:GdAl3(BO3)4晶体（简称NGAB晶体）429

8.8.1 NGAB晶体生长429

8.8.2 NGAB晶体结构、吸收光谱与发射光谱430

8.8.3 NGAB晶体的自变频激光性质431

8.8.4 NGAB晶体的主要用途431

结束语431

参考文献432

第九章 晶体薄膜434

9.1 晶体薄膜生长方法434

9.1.1　化学气相沉积（CVD）435

9.1.2　金属有机物气相外延（MOVPE）436

9.1.3　液相外延（LPE）438

9.1.4　分子束外延（MBE）440

9.1.5　脉冲激光沉积（PLD）440

9.2　晶体薄膜生长442

9.2.1　单晶衬底材料的选择442

9.2.2　晶体薄膜生长过程443

9.2.3　单晶薄膜的结构缺陷444

9.2.4　晶体薄膜界面445

9.2.5　单晶薄膜的表面446

9.3　几种重要的晶体薄膜447

9.3.1 KTiOAsxP1-xO4/KTiOPO4晶体薄膜447

9.3.2 LN晶体薄膜449

9.3.3 BaTiO3晶体薄膜450

9.3.4 GaN晶体薄膜451

9.3.5　铁电晶体薄膜454

9.3.6 LB有机晶体薄膜455

9.4　微结构材料456

9.4.1　纳米超晶格456

9.4.2　纳米结构材料458

9.4.3　纳米薄膜460

参考文献461

第十章　探索新型非线性光学晶体的途径464

10.1　非线性光学晶体的对称性范围465

10.1.1　点群范围466

10.1.2　空间群范围466

10.2　激光粉末倍频效应筛选法467

10.3　几种理论模型468

10.4　无机非线性光学晶体材料设计474

10.4.1 新型无机非线性光学晶体材料应具备的性质475

10.4.2　探索新型无机非线性光学晶体的结构选型476

10.4.3 晶体结构选型确定后的几项重要的研究工作479

10.5　有机非线性光学晶体材料设计480

10.5.1 有机化合物非线性光学晶体材料设计481

10.5.2　半有机非线性光学晶体材料设计485

10.6　有机聚合物非线性光学材料设计487

参考文献490

第十一章　非线性光学晶体材料的应用493

11.1　激光变频晶体493

11.1.1　二次谐波发生（SHG）493

11.1.2　三次谐波发生（THG）497

11.1.3　四次谐波发生（4HG）499

11.1.4　五次谐波发生（5HG）499

11.1.5　和频发生（SFG）501

11.1.6　差频发生（DFG）506

11.1.7　光参量振荡（OPO）508

11.1.8　光参量放大（OPA）514

11.1.9　当前几种重要的激光变频晶体材料的应用515

11.2　电光晶体519

11.2.1　电光调制器519

11.2.2　电光开关521

11.2.3　电光偏转523

11.2.4　当前几种重要的电光晶体材料的应用526

11.3　光折变晶体528

11.3.1 自泵浦相位共轭效应的应用529

11.3.2　两波耦合效应的应用530

11.3.3　全息关联存储532

11.3.4　当前几种重要的光折变晶体材料的应用533

11.4　准相位匹配（QPM）谐波器件的发展535

参考文献536