[發(fā)明專利]一種電光晶體硼鈮酸鉀及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011270841.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114481321B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍西法;單排;王祖建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所
• 主分類號(hào): C30B29/22
• 分類號(hào): C30B29/22;C30B9/12;C30B28/04;C30B15/36;C30B28/10;G02F1/00;G02F1/03
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 聶稻波

本發(fā)明公開(kāi)了一種電光晶體硼鈮酸鉀及其應(yīng)用，其特征在于，所述硼鈮酸鉀晶體的化學(xué)式為K₃Nb₃B₂O₁₂，簡(jiǎn)稱KNBO，所述KNBO晶體在室溫時(shí)處于正交晶系，P2₁ma空間群，其晶胞參數(shù)為：α＝β＝γ＝90°；所述硼鈮酸鉀晶體應(yīng)用于制作電光器件；所述電光器件包括但不限于相位調(diào)制器、電光Q開(kāi)關(guān)器件、光強(qiáng)調(diào)制器、電光偏轉(zhuǎn)器件。電光器件尺寸相同時(shí)，本發(fā)明制備的KNBO晶體電光器件所需施加的電壓比BBO晶體電光器件顯著降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型電光晶體硼鈮酸鉀及其在激光領(lǐng)域、光電子技術(shù)領(lǐng)域、通訊領(lǐng)域中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

電光效應(yīng)是晶體折射率隨外加電場(chǎng)而發(fā)生變化的現(xiàn)象，利用晶體材料的電光效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)光的相位、強(qiáng)度和傳播方向的調(diào)制，制作高速電光開(kāi)關(guān)、電光調(diào)制器、電光偏轉(zhuǎn)器、電光集成器件等實(shí)用電光器件，廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)、激光測(cè)距、生物醫(yī)學(xué)顯微成像、光通訊等高精尖領(lǐng)域。

目前商用的電光晶體主要有，磷酸二氘鉀(KD₂PO₄，簡(jiǎn)稱DKDP)、鈮酸鋰(LiNbO₃，簡(jiǎn)稱LN)和磷酸鈦氧銣(RbTiOPO₄，簡(jiǎn)稱RTP)晶體，其各有優(yōu)點(diǎn)，多年來(lái)已被人們廣泛使用。但隨著激光技術(shù)和光子集成技術(shù)的發(fā)展，它們的一些特性不能滿足特殊應(yīng)用的需求。如：DKDP是水溶性晶體，易潮解，需采用防潮措施和溫控措施，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性存在隱患；LN晶體不僅可以應(yīng)用于激光領(lǐng)域，而且可以應(yīng)用于光子集成領(lǐng)域，但其激光損傷閾值低，使用中受壓電振鈴效應(yīng)限制；高質(zhì)量的RTP晶體主要依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴。上述電光晶體的另一個(gè)共同點(diǎn)是都存在不同程度的壓電振鈴效應(yīng)。壓電振鈴效應(yīng)是指當(dāng)在電光晶體兩端施加高頻變化的高電壓時(shí)，電光晶體在電場(chǎng)作用下表現(xiàn)出壓電效應(yīng)的同時(shí)電光晶體會(huì)發(fā)生形變；這種形變導(dǎo)致晶體即便在撤掉電場(chǎng)后，仍存在聲學(xué)震動(dòng)。而這種壓電振鈴效應(yīng)導(dǎo)致激光器輸出性能下降。

我國(guó)科學(xué)家新開(kāi)發(fā)的新型電光晶體硅酸鎵(La₃Ga₅SiO₁₄，簡(jiǎn)稱LGS)和β相偏硼酸鋇(β-BaB₂O₄，簡(jiǎn)稱BBO)晶體具有高的激光損傷閾值和弱的壓電振鈴效應(yīng)。但二者電光系數(shù)小，且LGS晶體具有旋光效應(yīng)，增大了應(yīng)用的難度，BBO生長(zhǎng)出厚度尺寸能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的晶體也有一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電光材料硼鈮酸鉀晶體在電光器件中的應(yīng)用。

一種電光晶體硼鈮酸鉀的應(yīng)用，所述硼鈮酸鉀晶體的化學(xué)式為K₃Nb₃B₂O₁₂，簡(jiǎn)稱KNBO，所述KNBO晶體在室溫時(shí)處于正交晶系，P2₁ma空間群，其晶胞參數(shù)為：α＝β＝γ＝90°；

所述硼鈮酸鉀晶體應(yīng)用于制作電光器件；所述電光器件包括但不限于相位調(diào)制器、電光Q開(kāi)關(guān)器件、光強(qiáng)調(diào)制器、電光偏轉(zhuǎn)器件。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述KNBO晶體為無(wú)色透明晶體。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在高于90℃或低于-70℃時(shí)，KNBO晶體也可處于但不限于空間群Pm，C2mm或C2mb。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述KNBO晶體具有基本上如圖2所示的X-射線晶體衍射圖譜和/或如圖3所示的晶體結(jié)構(gòu)圖。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，KNBO晶體的電光系數(shù)為3.3pm/V，KNBO晶體的電光系數(shù)通過(guò)半波電壓法測(cè)量獲得，晶體電光系數(shù)與半波電壓的關(guān)系為公式(1)所示：

其中，λ為激光波長(zhǎng)，n為晶體折射率，d為電極之間的厚度，L為通光方向晶體的長(zhǎng)度。