非線(xiàn)性光學(xué)晶體是重要的光電信息功能材料之一，是光電子技術(shù)特別是激光技術(shù)的重要物質(zhì)基礎，其發(fā)展程度與激光技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料可以用來(lái)進(jìn)行激光頻率轉換，擴展激光的波長(cháng);用來(lái)調制激光的強度、相位;實(shí)現激光信號的全息存儲、消除波前疇變的自泵浦相位共軛等等。所以，非線(xiàn)性光學(xué)晶體是高新技術(shù)和現代軍事技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵材料，各發(fā)達國家都將其放在優(yōu)先發(fā)展的位置，并作為一項重要戰略措施列入各自的高技術(shù)發(fā)展計劃中，給予高度重視和支持。

伴隨著(zhù)激光技術(shù)從上世紀六十年代發(fā)展至今，非線(xiàn)性光學(xué)晶體也得到長(cháng)足的發(fā)展，從最初的石英倍頻晶體開(kāi)始，不斷涌現出鈮酸鋰(LiNbO3—LN)、磷酸二氫鉀(KH2PO4—KDP)、磷酸二氘鉀(KD2PO4—DKDP)、碘酸鋰(LiIO3—LI)、磷酸氧鈦鉀(KTiOPO4—KTP)、偏硼酸鋇(-BaB2O4—BBO)、三硼酸鋰(LiB3O5—LBO)、鈮酸鉀(KNbO3—KN)、硼酸銫(CSB3O5—CBO)、硼酸銫鋰(LiCSB6O10—CLBO)、氟硼酸鉀鈹(KBe2BO3F2—KBBF)以及硫銀鎵(AgGaS2—AGS)、砷鎘鍺(CdGeAs—CGA)、磷鍺鋅(ZnGeP2—ZGP)等非線(xiàn)性光學(xué)晶體，廣泛應用于激光倍頻、和頻、差頻、光參量放大以及電光調制、電光偏轉等。比較有代表的例子是：用LN制作的光波導器件及調制器件，已廣泛應用于光通訊;利用KTP晶體的商業(yè)內腔倍頻YAG激光器，其綠光輸出可達幾百瓦;用CBO和頻的YAG三倍頻激光器，355nm輸出已達17.7瓦;用CLBO四倍頻的YAG激光器，266nm紫外光輸出已達42瓦;用KBBF直接六倍頻已獲177.3nm的深紫外激光;使用KTP、BBO、LBO的光參量振蕩器，其調諧范圍覆蓋了可見(jiàn)光到4.5m波段，并實(shí)現單縱模運轉。

就非線(xiàn)性光學(xué)晶體、器件及應用整個(gè)領(lǐng)域的科技水平來(lái)看，發(fā)達國家如美國、英國等居于世界前列，從最初的原理提出、新材料的探索、器件的開(kāi)發(fā)，他們都作出了重要的貢獻。在非線(xiàn)性晶體材料的生產(chǎn)上，日本、中國、和前蘇聯(lián)的一些國家如俄羅斯、烏克蘭、立陶宛等，占有重要的地位，而美國和歐洲一些國家則主要側重于非線(xiàn)性晶體器件及設備的制造。我國在非線(xiàn)性光學(xué)晶體領(lǐng)域占有重要的地位。

一、中國在本領(lǐng)域的世界地位

我國無(wú)論在非線(xiàn)性光學(xué)晶體的學(xué)術(shù)研究還是產(chǎn)業(yè)化方面，都在國際上有著(zhù)重要的影響，特別是在可見(jiàn)、紫外波段非線(xiàn)性晶體的研究方面一直處于領(lǐng)先水平，受到世界矚目。我國在非線(xiàn)性晶體領(lǐng)域最主要的成就是(1)發(fā)明了摻鎂LiNbO3晶體，通過(guò)摻雜使得LiNbO3的抗損傷閾值提高了兩個(gè)數量級以上，大大開(kāi)拓了鈮酸鋰晶體的應用領(lǐng)域;(2)在硼酸鹽系列中發(fā)現并研制出-BBO、LBO、CBO、KBBF等一系列性能優(yōu)異的紫外非線(xiàn)性光學(xué)晶體，開(kāi)創(chuàng )了紫外激光倍頻的新紀元，使得人類(lèi)不斷向固體紫外激光的極限推進(jìn);(3)首次在國際上用溶劑法生長(cháng)出可實(shí)際應用的KTP大單晶，并實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，使KTP晶體在全世界得到普遍的應用，促進(jìn)了激光技術(shù)的發(fā)展。(4)主導了周期、準周期極化人工微結構非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料的研究和實(shí)驗驗證，開(kāi)拓了非線(xiàn)性光學(xué)晶體的新領(lǐng)域。

我國多種非線(xiàn)性光學(xué)晶體的生長(cháng)技術(shù)居國際先進(jìn)水平，國外已有的所有晶體生長(cháng)方法我國都有，幾乎所有重要的非線(xiàn)性光學(xué)晶體都已生長(cháng)出來(lái)，一些重要晶體滿(mǎn)足了國內重大工程需求，一批高技術(shù)晶體已成為商品，在國際上享有盛譽(yù)。

二、市場(chǎng)需求分析

非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料是一個(gè)和激光、光電子、光通信等產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的相當確定的產(chǎn)業(yè)，受這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和變化的影響非常大。隨著(zhù)上世紀末全世界信息化浪潮的迅猛發(fā)展和光電子技術(shù)的廣泛采用，國內外對光電功能晶體尤其是非線(xiàn)性光學(xué)晶體的市場(chǎng)需求劇增。

近年來(lái)全世界的非線(xiàn)性光學(xué)晶體的銷(xiāo)售額每年超過(guò)4億美元，傳統的非線(xiàn)性晶體的需求量仍在逐年增大，今后幾年市場(chǎng)增長(cháng)率在1530%左右。

非線(xiàn)性光學(xué)元件在調制開(kāi)關(guān)與遠程通訊、信息處理和娛樂(lè )等三個(gè)領(lǐng)域表現出了加速發(fā)展的趨勢。

主要的商業(yè)化非線(xiàn)性光學(xué)晶體有鈮酸鋰(LiNbO3)、磷酸鈦氧鉀(KTP)、-偏硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋰(LBO)、磷酸二氫鉀(KDP)、磷酸二氘鉀(DKDP)等，其中LiNbO3是市場(chǎng)最大的非線(xiàn)性光學(xué)晶體，光通訊和工業(yè)激光是它最重要的兩個(gè)應用領(lǐng)域。光通訊行業(yè)的持續發(fā)展使得應用于光通信調幅器的LiNbO3晶體不僅占據了絕大部分的市場(chǎng)，而且市場(chǎng)份額每年都在增長(cháng)。

除光通信外，工業(yè)激光、電光是非線(xiàn)性光學(xué)晶體應用的重要市場(chǎng)，近幾年一直保持著(zhù)每年1520%的市場(chǎng)增長(cháng)，其中BBO、KTP晶體是本領(lǐng)域近幾年增長(cháng)最快的晶體品種，市場(chǎng)前景看好。

醫用固體激光器領(lǐng)域是非線(xiàn)性光學(xué)晶體的另一個(gè)重要市場(chǎng)，主要應用的是KTP、KDP和BBO晶體，CLBO也將會(huì )得到大量應用。由于醫療行業(yè)激光器的快速發(fā)展，帶動(dòng)KTP等非線(xiàn)性光學(xué)晶體的需求量也迅速增長(cháng)。

據市場(chǎng)調查企業(yè)美國B(niǎo)CC(BusinessCommunicationsCompany,Inc)研究公司的最新報告，2005年非線(xiàn)性光學(xué)晶體全球市場(chǎng)規模達到8億5610萬(wàn)美元，預計未來(lái)將以17.1%的年平均增長(cháng)率擴大至2009年的16億5600萬(wàn)美元左右。其中用于光通訊的LiNbO3在2005年占非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料的市場(chǎng)份額為24.5%，2009年預計為29.6%。用于激光和電光領(lǐng)域的KTP、KDP、DKDP、BBO、CLBO、LBO等晶體在2005年占非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料的市場(chǎng)份額為18.5%，KTP晶體預計的AAGR(年平均增長(cháng)率)為5.4%，其它晶體的AAGR總共為8%。

主要非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料全球銷(xiāo)售額，單位：百萬(wàn)美元

晶體類(lèi)型20032004200520062009AAGR%

2005-2009

LiNbO317020023027552522.9

KTP303550557510.7

KDP,DKDP,BBO,

CLBO,LBO,ZGP455070801019.6

資料來(lái)源：BBCInc。2009為預測值。

從整個(gè)非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料、器件及整機設備來(lái)看，美國、日本等發(fā)達國家是產(chǎn)業(yè)大國，在大規模生產(chǎn)的非線(xiàn)性光學(xué)晶體如LiNbO3占有壟斷地位。小規模的材料品種如KTP、BBO、LBO等，主要是中國、立陶宛等占具優(yōu)勢地位。在器件制造方面，由于整體技術(shù)力量強，工業(yè)基礎好，美、歐等發(fā)達國家占有決定性的優(yōu)勢地位。中國等發(fā)達中國家則只能給發(fā)達國家提供晶體材料，賺取少許利潤。

三、發(fā)展趨勢

1)紫外向更短波段的發(fā)展

發(fā)展全固態(tài)深紫外(200nm)相干光源，是目前國際光電子領(lǐng)域最前沿的研究項目之一，這是因為紫外激光在許多高技術(shù)領(lǐng)域有著(zhù)十分重要的應用，如新一代的集成電路光刻技術(shù)需要全固態(tài)的紫外相干光源;光電子能譜、光譜技術(shù)中，迫切需要可調諧的全固態(tài)深紫外相干光源，這對于推動(dòng)深紫外光譜、能譜儀的發(fā)展將起到關(guān)鍵性的作用，并將開(kāi)辟一個(gè)新的物質(zhì)科學(xué)研究領(lǐng)域;深紫外相干光源還將極大地推動(dòng)激光精密機械加工業(yè)的發(fā)展。由于目前還沒(méi)有直接輸出深紫外波長(cháng)的激光晶體問(wèn)世，解決固態(tài)深紫外激光光源的關(guān)鍵問(wèn)題集中在紫外波段的NLO變頻晶體的研制和應用開(kāi)發(fā)，其帶動(dòng)相關(guān)工業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的前景是十分誘人的。