2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：光折變晶體

光折變晶體光折變晶體集電光效應(yīng)和光電效應(yīng)于一身只需要低功率激光,室溫下,多種光信號的處理和運算非線性光學(xué)系數(shù)非常高1.鐵電體氧化物光折變晶體

(1)鈦酸鋇(BaTiO3)晶體

120度以下屬于正方晶系具有鐵電性,優(yōu)良的電光性能和大的光折變效應(yīng)

(2)鈮酸鉀(KNbO3)晶體

優(yōu)良的電光,倍頻,壓電等性能

Fe:KN晶體

(3)鈮酸鋰(LiNbO3)晶體熔融提拉法,高質(zhì)量,大尺寸摻入Mg,Fe離子后成為高分辨率全息存儲晶體材料

(4)鉭鈮酸鉀(KTaxNb1-xO3)晶體鈮酸鹽類電光系數(shù)最大的,存在多次相變,生長優(yōu)質(zhì)大尺寸晶體困難

(5)鈮酸鍶鋇(Sr1-xBaxNb2O6)晶體,簡稱SBN晶體(0.75>x>0.25)

鎢青銅型結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)晶體組成改變電光效應(yīng)的強度,熔體提拉法,自發(fā)極化強度與雙折射率較大

(6)鈮酸鋇鈉(Ba2NaNb5O15)晶體,簡稱BNN晶體存在多次相變,生長優(yōu)質(zhì)大尺寸晶體困難,較好電光性能,光折變靈敏度低(7)鈮酸鍶鋇鉀鈉(KyNa1-y)a(SrxBa1-x)bNb2O6晶體,簡稱KNSBN晶體熔體提拉法,生長速率快,晶體質(zhì)量高,Cu:KNSBN---高靈敏度,不退極化,Mn:KNSBN,Ni:KNSBN---較快光折變響應(yīng)時間光折變晶體2.非鐵電體氧化物光折變晶體

硅酸鉍(Bi12SiO20)晶體,簡稱BSO晶體,鍺酸鉍(Bi12GeO20)晶體,簡稱BGO晶體,鈦酸鉍(Bi12TiO20)晶體,簡稱BTO晶體.

快響應(yīng)速度,外加電場增強靈敏度3.半導(dǎo)體型光折變晶體

化合物半導(dǎo)體或半導(dǎo)體量子阱材料

Cr:GaAs,Fe:InP,V:CdTe光折變響應(yīng)速度快,但電光系數(shù)小,外加電場分子束外延得半導(dǎo)體量子阱材料,如GaAs/AlGaAs多量子阱材料,大電荷遷移率,快光折變響應(yīng)速度,大的二次電光效應(yīng)以倍頻晶體為基質(zhì)，摻入激活離子，經(jīng)泵浦后所產(chǎn)生的激光，通過自身進行倍頻激光性能和非線性光學(xué)性能復(fù)合為一體無對稱中心緊湊、易調(diào)整、價廉4.有機光折變晶體有機聚合物,摻質(zhì)和人為設(shè)計,改性相當(dāng)易行激光頻率轉(zhuǎn)換（變頻）晶體：用于激光倍頻、和頻、差頻、多次倍頻、參量振蕩和放大等按透光波段范圍紅外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體從可見光到紅外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體紫外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體激光頻率轉(zhuǎn)換（變頻）晶體：1.紅外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體：波段5以上的較少，主要是黃銅礦結(jié)構(gòu)型，如AgGaS2、AgGaSe2、CdGeAs2、AgGa（Se1-xSx）、Ag3AsSe3、Tl3AsSe3其中Tl3AsSe3、CdGeAs2非線性光學(xué)品質(zhì)因子較大非線性光學(xué)系數(shù)很大能量轉(zhuǎn)換效率受晶體光學(xué)質(zhì)量和晶體尺寸大小限制薄弱環(huán)節(jié)，急待加強研究···激光頻率轉(zhuǎn)換（變頻）晶體：2.從可見光到紅外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體（1）磷酸鹽晶體（i）KH2PO4結(jié)構(gòu)型晶體，簡稱KDP型晶體水溶液法或重水溶液法生長出高光學(xué)質(zhì)量、特大尺寸的KDP晶體具有優(yōu)良的壓電、電光和頻率轉(zhuǎn)換性能適用于激光核聚變等高功率激光系統(tǒng)透光波段從紫外到近紅外，激光損傷閾值中等倍頻閾值功率在100mW以上，易于實現(xiàn)相位匹配（ii）KTiOPO4晶體，簡稱KTP晶體高溫溶液法、水熱法倍頻系數(shù)大，透光波段寬，損傷閾值高，轉(zhuǎn)換效率高，化學(xué)穩(wěn)定性好（2）碘酸鹽晶體

-LiIO3

水溶液法透光波段寬，能量轉(zhuǎn)換效率高，易于生長優(yōu)質(zhì)大尺寸晶體·········激光頻率轉(zhuǎn)換（變頻）晶體：2.從可見光到紅外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體（3）鈮酸鹽晶體（i）LiNbO3晶體，簡稱LN晶體用途廣泛，集電光、聲光、光彈、變頻、光折變等于一身原料來源豐富，價格低廉，易于生長大尺寸高摻Mg：LN，顯著提高抗激光損傷能力雙摻Mg：Nd：LN，激光、非線性復(fù)合功能的激光自倍頻晶體雙摻Fe：Mg：LN，優(yōu)良的光折變存儲性能提拉法生長化學(xué)計量比LN晶體（Li2O含量接近50mol%），晶格完整，消除本征缺陷的不良影響，性能得到改善（ii）KNbO3晶體，簡稱KN晶體具有優(yōu)異的非線性光學(xué)性能、電光性能及光折變性能、壓電性能激光損傷閾值不高（350MW/cm2），倍頻系數(shù)很大毫瓦級激光的轉(zhuǎn)換效率比KTP、BBO等高出3到4個數(shù)量級·········激光頻率轉(zhuǎn)換（變頻）晶體：3.紫外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體（1）-Ba2B2O4晶體，簡稱BBO晶體非線性光學(xué)系數(shù)大，激光損傷閾值高，透光范圍寬，相位匹配區(qū)間寬，光學(xué)均勻性高，應(yīng)用最多（2）LiB3O5晶體，簡稱LBO晶體透光范圍寬，光學(xué)均勻性高，激光損傷閾值高，接收角寬，離散角小，寬波段范圍實現(xiàn)I型和II型非臨界相位匹配寬帶可調(diào)諧的光參量振蕩（OPO）和光參量放大（OPA）極優(yōu)異材料實現(xiàn)瓦級紅、綠、藍三基色相干光輸出，“中國晶體”（3）CsB3O5晶體，簡稱CBO晶體只有一個非零非線性光學(xué)系數(shù)，透光范圍167-3000nm

潮解性大········激光頻率轉(zhuǎn)換（變頻）晶體：3.紫外波段的頻率轉(zhuǎn)換晶體（4）CsLiB6O10晶體，簡稱CLBO晶體

截至波長180nm

同成分熔融，熔體提拉法可得大尺寸透明單晶潮解性較嚴(yán)重（5）深紫外非線性光學(xué)晶體，KBe2BO3F2晶體，簡稱KBBF晶體寬透光范圍：155-3800nm，適中的雙折射率：△n為0.07-0.077

強烈層狀生長習(xí)性，很難長厚，不易加工，易于解理陰離子基團理論方法，克服了層狀生長習(xí)性，尤其是KABO、BABO晶體，以Al取代Be，變成無毒，易于生成體塊晶體······（1）磷酸二氘鉀（DKDP）晶體

重水溶液緩慢降溫法，生長速度慢，生長周期長，易于潮解（2）鈮酸鋰（LN）和鉭酸鋰（LT）晶體熔體提拉法（3）鉭鈮酸鉀（KTaxNb1-xO3）晶體，簡稱KT