2022-2023学年高二物理竞赛课件：光折变晶体

光折变晶体光折变晶体集电光效应和光电效应于一身只需要低功率激光,室温下,多种光信号的处理和运算非线性光学系数非常高1.铁电体氧化物光折变晶体

(1)钛酸钡(BaTiO3)晶体

120度以下属于正方晶系具有铁电性,优良的电光性能和大的光折变效应

(2)铌酸钾(KNbO3)晶体

优良的电光,倍频,压电等性能

Fe:KN晶体

(3)铌酸锂(LiNbO3)晶体熔融提拉法,高质量,大尺寸掺入Mg,Fe离子后成为高分辨率全息存储晶体材料

(4)钽铌酸钾(KTaxNb1-xO3)晶体铌酸盐类电光系数最大的,存在多次相变,生长优质大尺寸晶体困难

(5)铌酸锶钡(Sr1-xBaxNb2O6)晶体,简称SBN晶体(0.75>x>0.25)

钨青铜型结构,通过调节晶体组成改变电光效应的强度,熔体提拉法,自发极化强度与双折射率较大

(6)铌酸钡钠(Ba2NaNb5O15)晶体,简称BNN晶体存在多次相变,生长优质大尺寸晶体困难,较好电光性能,光折变灵敏度低(7)铌酸锶钡钾钠(KyNa1-y)a(SrxBa1-x)bNb2O6晶体,简称KNSBN晶体熔体提拉法,生长速率快,晶体质量高,Cu:KNSBN---高灵敏度,不退极化,Mn:KNSBN,Ni:KNSBN---较快光折变响应时间光折变晶体2.非铁电体氧化物光折变晶体

硅酸铋(Bi12SiO20)晶体,简称BSO晶体,锗酸铋(Bi12GeO20)晶体,简称BGO晶体,钛酸铋(Bi12TiO20)晶体,简称BTO晶体.

快响应速度,外加电场增强灵敏度3.半导体型光折变晶体

化合物半导体或半导体量子阱材料

Cr:GaAs,Fe:InP,V:CdTe光折变响应速度快,但电光系数小,外加电场分子束外延得半导体量子阱材料,如GaAs/AlGaAs多量子阱材料,大电荷迁移率,快光折变响应速度,大的二次电光效应以倍频晶体为基质，掺入激活离子，经泵浦后所产生的激光，通过自身进行倍频激光性能和非线性光学性能复合为一体无对称中心紧凑、易调整、价廉4.有机光折变晶体有机聚合物,掺质和人为设计,改性相当易行激光频率转换（变频）晶体：用于激光倍频、和频、差频、多次倍频、参量振荡和放大等按透光波段范围红外波段的频率转换晶体从可见光到红外波段的频率转换晶体紫外波段的频率转换晶体激光频率转换（变频）晶体：1.红外波段的频率转换晶体：波段5以上的较少，主要是黄铜矿结构型，如AgGaS2、AgGaSe2、CdGeAs2、AgGa（Se1-xSx）、Ag3AsSe3、Tl3AsSe3其中Tl3AsSe3、CdGeAs2非线性光学品质因子较大非线性光学系数很大能量转换效率受晶体光学质量和晶体尺寸大小限制薄弱环节，急待加强研究···激光频率转换（变频）晶体：2.从可见光到红外波段的频率转换晶体（1）磷酸盐晶体（i）KH2PO4结构型晶体，简称KDP型晶体水溶液法或重水溶液法生长出高光学质量、特大尺寸的KDP晶体具有优良的压电、电光和频率转换性能适用于激光核聚变等高功率激光系统透光波段从紫外到近红外，激光损伤阈值中等倍频阈值功率在100mW以上，易于实现相位匹配（ii）KTiOPO4晶体，简称KTP晶体高温溶液法、水热法倍频系数大，透光波段宽，损伤阈值高，转换效率高，化学稳定性好（2）碘酸盐晶体

-LiIO3

水溶液法透光波段宽，能量转换效率高，易于生长优质大尺寸晶体·········激光频率转换（变频）晶体：2.从可见光到红外波段的频率转换晶体（3）铌酸盐晶体（i）LiNbO3晶体，简称LN晶体用途广泛，集电光、声光、光弹、变频、光折变等于一身原料来源丰富，价格低廉，易于生长大尺寸高掺Mg：LN，显著提高抗激光损伤能力双掺Mg：Nd：LN，激光、非线性复合功能的激光自倍频晶体双掺Fe：Mg：LN，优良的光折变存储性能提拉法生长化学计量比LN晶体（Li2O含量接近50mol%），晶格完整，消除本征缺陷的不良影响，性能得到改善（ii）KNbO3晶体，简称KN晶体具有优异的非线性光学性能、电光性能及光折变性能、压电性能激光损伤阈值不高（350MW/cm2），倍频系数很大毫瓦级激光的转换效率比KTP、BBO等高出3到4个数量级·········激光频率转换（变频）晶体：3.紫外波段的频率转换晶体（1）-Ba2B2O4晶体，简称BBO晶体非线性光学系数大，激光损伤阈值高，透光范围宽，相位匹配区间宽，光学均匀性高，应用最多（2）LiB3O5晶体，简称LBO晶体透光范围宽，光学均匀性高，激光损伤阈值高，接收角宽，离散角小，宽波段范围实现I型和II型非临界相位匹配宽带可调谐的光参量振荡（OPO）和光参量放大（OPA）极优异材料实现瓦级红、绿、蓝三基色相干光输出，“中国晶体”（3）CsB3O5晶体，简称CBO晶体只有一个非零非线性光学系数，透光范围167-3000nm

潮解性大········激光频率转换（变频）晶体：3.紫外波段的频率转换晶体（4）CsLiB6O10晶体，简称CLBO晶体

截至波长180nm

同成分熔融，熔体提拉法可得大尺寸透明单晶潮解性较严重（5）深紫外非线性光学晶体，KBe2BO3F2晶体，简称KBBF晶体宽透光范围：155-3800nm，适中的双折射率：△n为0.07-0.077

强烈层状生长习性，很难长厚，不易加工，易于解理阴离子基团理论方法，克服了层状生长习性，尤其是KABO、BABO晶体，以Al取代Be，变成无毒，易于生成体块晶体······（1）磷酸二氘钾（DKDP）晶体

重水溶液缓慢降温法，生长速度慢，生长周期长，易于潮解（2）铌酸锂（LN）和钽酸锂（LT）晶体熔体提拉法（3）钽铌酸钾（KTaxNb1-xO3）晶体，简称KT