KBBF非线性光学晶体及应用课件

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六、KBBF晶体的制备
• 目前报道的使用水热法制备的最佳结果是福建物 质结构所唐鼎元等人以KBF4，BeO和 B2O3为原料， 在750℃ 恒温 48 h（固相反应），其产物经固态 烧结（800℃）后得到籽晶。并使用籽晶在KF及 H3BO3水溶液中经二区加热（生长区300-400℃，溶 解区350-420℃）生长20-100d得到较大晶体。通 过这种方法得到了厚度超过10mm的晶体。
• 固态激光：体积小，寿命长，效率高，光束质量 好，调谐波段宽，谱线窄。
• 前两者可直接产生深紫外激光，但实用性较差， 后者可通过倍频产生深紫外激光且激光器工作性 能好
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四、激光非线性倍频晶体介绍
• 磷酸二氢钾（KDP）：易生长大尺寸晶体，损伤阈 值高，容许入射角大
• β-偏硼酸钡（BBO）：转换效率高，容许温度范 围宽，损伤阈值值高
• 3) 单位体积内( BO3 )基团的数目尽可能多
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五、阴离子基团理论
• 在这三个判据下KBBF晶体具有三个特点 • 1）氧悬挂键少 • 2）( BO3 ) 基团排列紧密，密度较高 • 3）由于( BO3 ) 基团排列紧密，其同向性好 • 由此在理论上可知KBBF是一种很好的非线性光学
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二、深紫外激光相干光源的作用
• 新一代的集成电路光刻技术 • 光电子能谱光谱技术 • 激光精密机械加工 • 激光医疗 • 化学动力学
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三、深紫外激光相干光源的形成
• 准分子激光：平均功率高，光束质量差，波段范 围窄 ，调谐困难
• 自由电子激光器：调谐波段宽，输出功率大，技 术不成熟，造价高
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六、KBBF晶体的制备
• 具体生长方法 • 1）熔盐法
熔盐合成法通常采用一种或数种低熔点的盐类作 为反应介质，反应物在熔盐中有一定的溶解度， 使得反应在原子级进行。反应结束后，采用合适 的溶剂将盐类溶解，经过滤洗涤后即可得到合成 产物。其中低熔点的盐类被称为助溶剂
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适中。
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七、KBBF晶体的工作性能
• 2）匹配相位角
• KBBF晶体 I类倍频基波 的下限波长为 323 nm， 直接倍频产生的谐波波 长为161.5 nm，相位匹 配角为87.330 25°， 是目前直接倍频匹配波 长最短的晶体，晶体可 在200 nm以下的深紫外 波段实现相位匹配
KBBF非线性光学晶体及应用
报告人Baidu Nhomakorabea
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一、KBBF晶体基本介绍
• 汉语名称：氟代硼酸铍钾 • 化学式： KBe2BO3F2 • 单晶结构：
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一、KBBF晶体基本介绍
• 晶格常数： • a= b=0.4427nm ，c=1.8744nm • 光性：负单轴晶 • 破坏阈值 ：75 GW/cm2 • 折射率色散方程：
• 阴离子基团理论大意：非线性光学效应是一种局 域化的效应，是组成晶体的基本单元阴离子基团 的微观系数的几何迭加，阴离子基团的微观倍频 系数可以通过阴离子基团的局域化量子化学轨道 理论，通过二级微扰理论算出来。
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五、阴离子基团理论
• 根据计算，对于有氧酸盐来说，氧原子的悬挂键 减少有助于提高能隙（即倍频截止边）。
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七、KBBF晶体的工作性能
• 1）双折射率
• 双折射是保证相位匹配条 件的关键因素。若双折射 太小，会导致倍频效率太 低；双折射太大，不能实 现温度匹配，且相位匹配 较差。
• 适中的双折射率应该是∆n
在 0.06 ≤∆n ≤0.1 之
间。KBBF晶体双折射率系
数在0.075-0.1之间，比较
• 三硼酸锂（LBO）：容许入射角大，匹配频率窄， 损伤阈值值高
• 但无论以上三种非线性倍频晶体有什么特点，在 200nm-150nm范围内目前只有KBBF晶体能够做到
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五、阴离子基团理论
• 在寻找合适的非线性光学倍频晶体过程中有一基 本理论可解释倍频效果与晶体结构得关系，即阴 离子基团理论
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一、KBBF晶体基本介绍
• 透光波段： 153~3664nm • 晶体实物图：
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一、KBBF晶体基本介绍
• 作用：非线性光学倍频晶体 • 用途：产生深紫外激光相干光源 • 发现人：陈创天 • 备注：世界上第一次实现177.3nm深紫外激光倍频
有效功率输出，是唯一的在200nm 到150nm 这个 深紫外光谱区产生有效输出的非线性光学倍频晶 体
六、KBBF晶体的制备
• 目前报道的使用熔盐法制备最佳效果是中国科学 院理化技术研究所陈创天等人使用KF-B2O3-BeF2BeO自助熔剂体系发展了“局域自发成核”KBBF晶 体生长技术，获得厚度达3.7mm的透明单晶。
• 2）水热法
• 水热法的一般做法是将合适比例的反应物溶剂投 入反应釜或坩埚中，再对体系进行升温-保温-降 温过程，在保温阶段完成反应成核生长
倍频晶体，而在实验上它也表现了优异的性能。
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六、KBBF晶体的制备
• 晶体生长中所遇到的问题
• 1）KBBF是一个非一致熔融 化合物, 在熔点时分解, 所 以不能用熔体法生长晶体
• 2）由于 KBBF是一种面间距 非常大的层状结构化合物, 晶体难于长厚, 并且容易出 现叠层生长。
KBBF晶体单胞
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七、KBBF晶体的工作性能
• 3）有效性非线性系数
• 在 KBBF 晶体 I 类倍频 产生的深紫外波段 161.5-200 nm 有效非线 性系数为0.022820.29852 pm/v
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七、KBBF晶体的工作性能
• 4）倍频转换效率及功率
• 利用 Ti Sapphire激光，获得了 200 nm 的深紫W 倍频转换效率达到 13%。并得到了平均功率为 11.6 mW 的 193.5 nm深紫外光 。
• 在晶体排列方式及阴粒子密度方面，阴离子的紧 密堆积有助于提高非线性效应
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五、阴离子基团理论
• 对于含有偏硼酸根阴离子基团( BO3 ) 的晶体有以 下三个判据来判断其非线性效应
• 1)晶格中( BO3 ) 基团的三个终端氧与其他原子相 连以消除终端氧的悬挂键；
• 2) ( BO3 ) 基团在晶格中保持平面同向排列以产 生大的双折射和宏观倍频系数；