非线性光学晶体：决定世界科技的关键材料（转自弘玺资本）

非线性光学晶体（Nonlinear Crystal Materials）是对于激光强电场显示二次以上非线性光学效应的晶体。

非线性光学晶体是激光实现频率转换、调制、偏转、Q开关等技术的关键材料，在激光通讯、激光信息存储与处理、激光加工、光学雷达、医用器件等领域应用广泛。近年来，随着下游产业发展，非线性光学晶体市场需求快速释放。

非线性光学晶体行业决定了世界科技很多领域的未来前景。非线性光学晶体产品以及由它开发出的各种激光、光学元器件，对我们人类科技未来起到非常重要的作用。这些晶体和元器件在我们人类未来科技领域的用途非常广泛，包括但不限于人工智能的算力（光存储、光传输）、机器人的眼睛系统、光通讯的波分复用等大量元器件、光刻机的光源以及光学元器件、自动驾驶技术里的激光雷达系统、无人自动化工厂里的机器人眼睛系统、激光测距、定位、检测等。可以说，没有非线性晶体，很多未来的科技进步都将受到限制。

非线性光学晶体的工作原理主要基于光学非线性效应，即当光通过某种材料时，其传播特性会随着入射光强度的变化而变化。这种效应主要表现在两个方面：一是光的频率会发生变化，如倍频、混频等现象；二是光的传播方向会发生变化，如自聚焦、光学相位共轭等现象。这些现象的发生都是由于材料的非线性极化引起的，非线性极化是描述材料非线性光学性质的重要参数。

▲非线性光学晶体工作示意图

非线性光学晶体已发展出庞大家族，LBO 及 BBO 非线性光学晶体历久弥新。非线性 光学晶体是激光器的关键材料之一，种类十分丰富，新型晶体产品仍在不断问世。LBO 晶 体紫外非线性光学性能优异，激光损伤阈值高，可对 Nd 基激光系统进行二倍频、三倍频转换，也可用于输出高功率短脉冲激光，自 20 世纪 80 年代问世以来被广泛应用于紫外激光器系统。BBO 晶体为世界公认最优秀的二阶非线性光学晶体之一， 可以在很宽的调频范围内可制成波长从可见到近红外全固态连续可调激光器。LBO 及 BBO晶体在紫外频率转化领域应用经久不衰，推动了固体激光器的高速发展。

光学晶体位于激光器产业链上游。激光器是产生、输出激光的器件，是激光加工系统的核心器件。我国激光产业历经多年发展，激光技术已广泛应用于各行各业，形成了完整的产业链。光学晶体材料位于产业链上游，技术壁垒较高，一般由专业光学晶体厂商提供。产业链中游为激光器，按增益介质划分，可分为固体(含全固态、光纤、混合、半导体)、 气体、液体激光器等，狭义的固体激光器一般指全固态激光器。目前发现可做增益介质的物质有近千种，常见的有掺钕钇铝石榴石(又称 YAG)、红宝石、钕玻璃、光纤、二氧化碳等。产业链下游则是以华工激光和大族激光为等代表的激光切割、激光焊接和激光打标等设备厂商，最终产品应用于消费电子、新能源、半导体加工、汽车、高端材料加工、科学研究、医疗健康等众多领域。

知名研究公司Astute Analytica发布报告称，全球非线性光学晶体市场预计将从2023年的45.094亿美元显著增长至2032年的89.394亿美元，这一增长将在2024年至2032年的预测期间内以7.9%的复合年增长率稳定进行。非线性光学晶体的快速发展令人瞩目，这一增长趋势的背后，是非线性光学晶体对激光技术和数据驱动行业的深远影响。

1、元宇宙与激光精密加工

随着元宇宙的兴起，虚拟现实、增强现实、混合现实等领域对激光和光学元器件的需求也在不断增加。尤其是全息影像技术，更是离不开这些元器件的支持。此外，高端激光精密加工和超快激光精密加工在各行各业中的应用也越来越广泛，比如芯片制造、锂电、光伏等行业都离不开激光检测。这些都为非线性晶体行业带来了巨大的商业机会。

2、科学与医疗领域的应用

目前世界上高端科学、生物、医疗仪器等都大量需要激光和光学元器件。无论是在生物研究中的显微镜，还是在医疗诊断中的成像设备，或是在手术中的激光切割工具，都离不开这些元器件的支持。可以预见，随着科学和医疗技术的不断进步，对非线性晶体的需求将会持续增长。

3、光路集成与量子通讯

未来电子集成将逐渐被速度更快的光路集成所替代，而在光路集成中大量需要磁光晶体等非线性晶体元器件。此外，在量子通讯和光量子计算中，激光元器件也扮演着重要角色。这些都预示着非线性晶体行业在未来科技领域的重要地位。

4、阿秒激光技术与超微观世界

2023年诺贝尔物理学大奖的阿秒激光技术为非线性晶体行业带来了新的机遇。这项技术打开了人类认识超微观世界的大门，人们可以利用阿秒超快激光技术重新认识超微观世界里的结构和电子运动。这将催生大量新型材料的研发，包括超导体材料等。而这些新型材料的研发和生产都离不开非线性晶体的支持。

非线性光学晶体应用领域广泛，我国是非线性光学晶体生产大国，在全球市场上占据重要地位，部分产品处于领先地位。非线性光学晶体是激光技术的物质基础，随着激光技术发展，市场对非线性光学晶体的要求也将提升，高性能、新型化、超薄化将成为非线性光学晶体未来发展方向。

转自弘玺资本