人工晶体学报

作者：郭小天, 梁飞, 于浩海, 张怀金

单位：山东大学晶体材料全国重点实验室，晶体材料研究院，济南 250100

关键词：非线性晶体,拓扑半金属,直接三倍频,三阶非线性光学效应,相位匹配,

基金：国家自然科学基金(92163207);国家自然科学基金(92463304);国家自然科学基金(52422201);国家自然科学基金(52025021);国家重点研发计划项目(2023YFF0718801);国家重点研发计划项目(2021YFA0717800);山东省重点研发计划（重大科技创新工程）驻鲁部属高校“十四五”服务山东重点建设项目(2024ZLGX02)

三阶非线性光学效应是一种非常基础且具有广泛应用的光学现象，在激光波长拓展、激光调制、光谱分析等众多领域具有重要的应用价值。直接三倍频（THG）是一种典型的三阶非线性光学过程，可以将激光波长缩短至基频波长的1/3，光子能量提高3倍。通过THG过程能够将红外光向更短波长的可见、紫外乃至真空紫外转换，提高激光器件集成度，制作尺寸更小、性能更优的电子和光学元件，满足激光加工、制造等前沿领域对特定波长激光的重要需求。此外，利用THG的逆过程可以实现光学参量下转换，产生多个光子的纠缠态，有望制备高效率、高维度的量子光源，对下一代量子密钥分发、量子隐形传态等前沿应用具有重要意义。本文从直接三倍频产生的基本原理出发，分析了THG过程需要满足的能量守恒和动量守恒条件，总结了体块非线性晶体、拓扑半金属、近零介电常数薄膜和硅基超表面等材料体系THG的发展现状，并综合比较了各类材料体系实现THG的波长范围和转换效率。最后讨论了非线性晶体实现高效THG面临的挑战，并对直接THG的前景和趋势进行了展望。

来源：2025年第10期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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