硼酸盐非线性光学晶体简介.pptVIP

硼酸盐非线性光学晶体简介 第一部分硼酸盐晶体概述 第二部分 阴离子基团理论简介 2.1 非线性光学效应简介 当光束入射到透明介质时，在其中将产生极化矢量： χ(2)是一个三阶张量，因此只有无对称中心的单晶体才有可能产生二阶非线性光学效应。 一般而言，晶体倍频效应以张量表达时，其表达式为: 2.3 阴离子基团理论 （1）晶体非线性光学效应是一种局域化效应,晶体的宏观倍频系数dij是阴离子基团微观倍频系数χijk的几何迭加。 （2）基团的微观倍频系数可以用基团的局域化分子轨道通过二级微扰理论进行计算,而阳离子对晶体倍频系数的贡献在一级近似下可以忽略不计。 2.3 阴离子基团理论 因此,一个硼酸盐晶体要具有大的宏观倍频系数,首要条件是它的基本结构单元——孤立硼氧阴离子基团必须具有大的微观倍频系数。 2.3 阴离子基团理论 第三部分 常见硼酸盐晶体的结构分析 KBBF（KBe2BO3F2）晶体 KBBF（KBe2BO3F2）晶体 BBO（β-BaB2O4）晶体 BBO（β-BaB2O4）晶体 LBO（LiB3O5）晶体 LBO（LiB3O5）晶体 总结 谢谢 Pb2B5O9I的强倍频效应 启示： 多种基团的协同作用，不对称构筑单元的定向排列等有利于形成无心空间群化合物，有利于提高化合物的倍频效应，这为新型无机非线性光学材料的探索提供了新思路。 * * 一、硼酸盐晶体概述 二、阴离子基团理论简介 三、结构分析 目 录 定义：在强光或外场（电场、磁场、应变场等）作用下能产生非线性光学效应的晶体。 常见的二阶非线性光学效应：倍频（SHG）、和频（SFG）、差频（DFG）、光参量振（OPO）、光参量放大（OPA）等。 1.1 非线性光学晶体定义 (1)激光频率转换，扩展激光的波长； (2)用来调制激光的强度、相位； (3)实现激光信号的全息存储、消除波前畸变的自泵浦相位共轭等。 1.2 非线性光学晶体用途 (a)BO3 基团 (b)BO4 基团 硼酸盐化合物在结构上一般都遵循以下规律: (1) 硼原子与三个氧原子配位形成平面三角形BO3 基团或与四个氧原子配位形成四面体BO4基团; 2.2 硼氧基团的结构 (2) BO3 基团和BO4 基团可以通过共用顶点氧原子形成各种多聚基团,例如B3O6 、B3O7 、B3O8 、B3O9 ,其余的链状、层状和骨架状基团都可看作是由这些基本结构单元无限重复而成。 2.2 硼氧基团的结构 2.2 硼氧基团的结构 (c) B3O6基团 (d) B3O7基团 计算表明，倍频效应： BO3基团 BO4基团 χ(B3O6) χ(B3O7) χ(BO3) χ(BO4) 几种典型基团的微观倍频系数比较 硼酸盐非线性光学晶体的分类 硼氧基团 BO3型 B3O6 型 B3O7 型 KBBF(KBe2(BO3)F2) SBBO(Sr2Be2B2O7)族 YCOB(YCa4O(BO3)3) 族 BBO (β-BaB2O4) LBO(LiB3O5) CBO(Cs2O2B2O3) CLBO(CsLiB6O10) [BO3]型： 空间群：R32；负单轴晶体 双折射率：△n=0.081（1064nm），比较适中 考虑Kleinman 对称性，只有一个倍频系数 d 11=2×d36(KDP) KBBF（KBe2BO3F2）晶体 KBBF 晶体结构示意图：（a）单胞结构；（b）(Be2BO3F2)∞层结构 （a） （b） c 方向难以长厚 KBBF（KBe2BO3F2）晶体 C方向难以长厚 难以按照相位匹配方向进行切割 怎么解决？ 解决办法：KBBF棱镜耦合器件 关键在于：可见光、紫外光区，两种材料折射率相差不大 棱镜耦合技术使KBBF 晶体对激光的倍频转换可以深入到161nm。 [B3O6]型： 属于三方晶系，空间群为R3c 非线性光学系数 d11 = 5.8 x d36(KDP) d22 = d31=0.42 x d36(KDP), 双折射率：△n=0.12 (1064nm) 基本结构单元：由三个BO3构成的平面[B3O6]基团。该基团在所有硼氧基团中，具有最大的二阶极化率，有利于产生大的宏观倍频系数。 [B3O7]型： 属于正交晶系，空间群：Pna21， 具有五个非零倍频系数： d31=d15=2.51×d36（KDP） d32=d24=2.69×d36（KDP）