高非线性光学系数

磷酸钛氧钾（KTP）晶体

BBO晶体 （β-硼酸钡，β-BaB₂O₄）是一种三角非中心对称非线性光学晶体，因能产生Nd:YAG激光的2至5次谐波而闻名，其效率高达70%（SHG，532 nm）、60%（THG，355 nm）、50%（FHG，266 nm），并在213 nm（FFHG）下创下了200 mW的记录。其卓越的性能源于宽的透明范围（189–3500 nm）、高非线性系数（d₁₁ = 2.6 pm/V，1064 nm→532 nm）、低光折射率和非吸湿性，这使其对紫外光刻、激光微加工和医疗光学至关重要。

杠杆收购水晶，即三硼酸锂晶体的简称，是一种卓越的非线性光学晶体。其化学式为LiB₃O₅，具有155至3200nm的宽透射范围，可与多种激光源相互作用。它具有高损伤阈值，能够承受强激光束而不降低性能，这对于高功率激光应用至关重要。LBO晶体还具有优异的光学均匀性。它广泛应用于高峰值功率脉冲激光器的倍频、三倍频以及光参量振荡器。其优异的性能使其成为医疗激光器、激光显示器和光数据存储等光学系统的重要组成部分。

KTP水晶 非线性晶体主要用作固态Nd：YAG晶体或Nd：YVO4晶体激光器的倍频，因为它具有较大的非线性光学系数、较宽的角带宽和较小的走离角、较宽的温度和光谱带宽。KTP晶体还具有较高的电光系数（EO）、较低的介电常数和较高的品质因数，这些特性使其在电光应用方面也得到了广泛的应用。

周期性极化磷酸钛氧钾（PPKTP）晶体 是一种具有独特结构的铁电非线性晶体，可通过准相位匹配 (QPM) 实现高效的频率转换。该晶体由具有相反取向自发极化交替畴组成，使 QPM 能够校正非线性相互作用中的相位失配。该晶体适用于其透明范围内任何非线性过程的高效转换。

铌酸锂（LiNbO3） 广泛用于Nd:YAG、Nd:YLF和Ti:Sapphire激光器的电光调制器和Q开关，以及光纤调制器等。LiNbO3晶体主要用于横向调制。LiNbO3晶体还广泛用于波长大于1um的倍频器、1064nm泵浦的光参量振荡器（OPO）以及准相位匹配（QPM）器件。

周期性极化LN（PPLN）晶体 基于准相位匹配理论（QPM），将非线性光学晶体铌酸锂（LN）制成周期性反转畴结构。这种独特的结构设计使其具有非线性光学应用所必需的特定光学特性。

磷酸二氢钾（KDP，KH₂PO₄）和磷酸二氘钾（KDP，KD₂PO₄） 是四方非线性光学晶体，广泛用于室温下通过I/II型相位匹配实现Nd:YAG激光器的二次谐波（532 nm，效率60%）、三次谐波（355 nm）和四次谐波（266 nm）的产生。KDP可通过氘化提供75%的倍频效率和更高的损伤阈值。作为电光材料，它们具有超高系数（KDP的r₃₃=23.3 pm/V）、低半波电压（1064 nm时~7.6 kV）和宽带宽（>10 GHz），使其能够应用于普克尔斯盒、调制器和惯性约束聚变等高功率激光系统，其中KDP的非吸湿性在恶劣环境下优于KDP。

方解石（CaCO₃）是一种具有极高双折射性和宽透射率（200 nm 至 2300 nm）的三角负单轴晶体，尽管其质地柔软（莫氏硬度 3）且具有吸湿性，但仍是可见光-近红外偏振光学元件的首选材料。它可用于制造消光比 >10⁶:1 的格兰-泰勒/汤普森偏振器、光束位移器和紫外波片，在紫外波段的性能优于 YVO₄ 等合成晶体，但需要增透膜和湿度控制。

钒酸钇（YVO4） 是一种采用提拉法生长的正单轴晶体。它具有良好的机械和物理性能，由于其透明度范围广、双折射率高，是理想的光学偏振元件。它是方解石 (CaCO3) 和金红石 (TiO2) 晶体的优异合成替代品，广泛应用于光纤隔离器和循环器、光束位移器、格兰偏振器和其他偏振光学元件等。

高温型BBO (a-BaB2O4) 是一种负单轴晶体，在189nm~3500nm的宽透明范围内具有很大的双折射率。最近，MT-Optics公司已成功将该晶体生长到大尺寸。a-BBO晶体的物理、化学、热学和光学性质与β-BBO相似。然而，由于a-BBO晶体具有中心对称性，其晶体结构的非线性光学性质消失，因此不推荐用于非线性光学过程。

掺钕钒酸钆（Nd:GdVO4 晶体） Nd:GdVO4 晶体属于四方晶系，是 DPSS（二极管泵浦固体）微小型激光器的理想激光基质材料，具有优异的物理、光学和机械性能。在激光性能方面，Nd:GdVO4 晶体比 Nd:YAG 晶体具有更高的斜率效率，且与 Nd:YVO4 晶体相比，Nd:GdVO4 晶体具有更优异的热导率，在高功率条件下能够更稳定地工作，实现更高的功率输出。此外，其独特的光学各向异性有利于在激光系统中进行有效的偏振控制。这些特性使 Nd:GdVO4 晶体非常适合应用于紧凑型激光设备，例如医疗激光设备、精密激光加工系统和先进的科研激光装置，这些设备对高效率和稳定性能至关重要。

Nd:YAG晶体 Nd:YAG晶体是当今应用最广泛的固体激光材料，已应用于“微型”DPSS（二极管泵浦固体）激光系统，产生高质量的红、绿或蓝光激光输出。Nd:YAG晶体产生的蓝光激光比Nd:YVO4晶体产生的蓝光激光效率更高，且更容易实现。Nd:YAG晶体还广泛应用于军事、科学、医疗和工业激光系统、高性能科学激光系统、激光治疗、美容系统、激光打标、激光钻孔和其他激光材料加工系统。值得注意的是，Nd:YAG晶体是高功率、高能量和调Q脉冲激光系统的最佳激光材料。Nd:YAG晶体在各种激光系统中的广泛应用源于其优异的物理和机械性能。

钕:钒酸钇 Nd:YVO4 是目前最高效的二极管泵浦固体激光器的激光基质晶体之一。其在激射波长下的受激发射截面较大、在泵浦波长下的吸收系数高、吸收带宽宽、激光诱导损伤阈值高，以及优异的物理、光学和机械性能，使其成为高功率、稳定且经济高效的二极管泵浦固体激光器的理想晶体。

铽镓石榴石 (TGG) 是制作法拉第器件（旋转器和隔离器）的理想晶体材料。法拉第旋转器由一根TGG棒构成，该棒被置于一块特殊设计的磁体中。光束穿过旋转器时，其偏振状态会引起旋转。旋转方向仅取决于磁场方向，而与光束的传播方向无关。光隔离器由一个45度旋转器组成，该旋转器位于两个适当排列的偏振器之间，偏振器仅允许光束沿一个方向穿过。TGG具有费尔德常数大、光损耗低、热导率高和光损伤阈值高等优异性能，是制作法拉第器件的理想材料。它广泛应用于YAG激光器、钛宝石可调谐激光器、环形激光器等。

Cr⁴⁺:YAG晶体 是一种性能优异的晶体，可作为Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YVO₄以及其他掺钕或掺镱激光器的被动Q开关，波长范围为0.8至1.2μm。配合被动Q开关或可饱和吸收体使用，无需电光开关即可获得足够的激光脉冲。由于其良好的化学稳定性、耐久性、抗紫外线性能、良好的热导率、高损伤阈值（>500MW/cm²）以及易于处理的特性，它将取代被动Q开关领域常用的LiF和染料，成为1μm掺钕激光器的优异选择。