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β-BBO和α-BBO:了解兩種BBO晶體

硼酸鋇(Barium Borate,化學式:BaB?O?)是一種重要的無機晶體材料,廣泛應用于激光技術、非線性光學和光學器件領域。根據晶體結構的不同,硼酸鋇主要存在兩種晶型:β相(β-BBO)和α相(α-BBO)。盡管它們具有相同的化學成分,但在晶體結構、物理特性和應用領域方面存在顯著差異。

什么是BBO晶體?

BBO晶體是指硼酸鋇晶體,具有優異的光學性能和機械特性。根據晶體結構的不同,BBO晶體可分為兩種晶型:

  • β-BBO:低溫相,具有非中心對稱結構,表現出顯著的非線性光學特性。
  • α-BBO:高溫相,具有中心對稱結構,不具備非線性光學特性,但具有高雙折射率。

β-BBO晶體:非線性光學的佼佼者

特性

  • 晶體結構:β-BBO屬于三方晶系,具有非中心對稱結構,這種結構使其具備優異的非線性光學性能。
  • 非線性光學性能:由于其非中心對稱性,β-BBO在二次諧波生成(SHG)等非線性光學應用中表現出色。
  • 寬透明范圍:β-BBO的透光范圍為190 nm至3500 nm,覆蓋從紫外到紅外的寬波段。
  • 高光學損傷閾值:適用于高功率激光應用,具有較高的抗光損傷能力。
BBO毛坯
圖1. 芯飛睿生產的β-BBO晶體毛坯

應用

  • 激光倍頻:常用于Nd:YAG激光器的二次諧波生成,將1064 nm的激光轉換為532 nm的綠光。
  • 光學參量放大(OPA)和光學參量振蕩(OPO):用于產生可調諧的激光輸出。
  • 紫外光源生成:在紫外和深紫外波段的光源生成中發揮重要作用。

α-BBO晶體:高雙折射率的光學材料

特性

  • 晶體結構:α-BBO同樣屬于三方晶系,但具有中心對稱結構,因此不具備二階非線性光學效應。
  • 高雙折射率:α-BBO具有大的雙折射率,透光范圍為189 nm至3500 nm,尤其在紫外區的透過率很高(95%)。
  • 熱穩定性:α-BBO在高溫下穩定,物理化學性能穩定,機械加工性能優異。

應用

  • 偏振光學器件:用于制造高性能的偏振分束器、波片(如λ/2和λ/4波片)等。
  • 高功率激光系統:由于其高損傷閾值,適用于高功率激光操作的場合,如激光器中的Q開關。
  • 干涉光學儀器:在高精度光學測試中,用于制造干涉儀等設備。

β-BBO與α-BBO的主要區別

屬性β-BBOα-BBO
晶體結構三方晶系,非中心對稱結構三方晶系,中心對稱結構
非線性光學性能具備高非線性光學性能無二階非線性光學性能
雙折射率較高極高
熱穩定性加熱至約925℃時轉變為α相高熱穩定性
主要應用領域激光倍頻、光學參量放大和振蕩偏振光學器件、高功率激光系統

如何選擇合適的BBO晶體?

選擇BBO晶體時,需根據應用需求進行合理選擇:

  • 非線性光學應用:如需要進行激光倍頻、光學參量放大等,選擇β-BBO
  • 偏振光學應用:如需要制造高性能偏振器件、波片等,選擇α-BBO

結論

β-BBO和α-BBO晶體在光學領域各具特色。β-BBO以其優異的非線性光學性能在激光技術中占據重要地位,而α-BBO則憑借其高雙折射率和熱穩定性在偏振光學器件中廣受青睞。了解它們的特性和區別,有助于在實際應用中做出最佳選擇。

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