کریستال های نوری

بلورهای نوری بسته به ماده کریستالی در مناطق طیفی مختلف شفاف هستند. آنها شامل کریستال های غیرخطی، انکسار نوری، و ترکیبات آکوستو نوری و الکترواپتیک کریستال های لیزری هستند. تجزیه و تحلیل اشعه ایکس و کریستال های سوسوزن؛ و انواع دیگر کریستال هایی که در نیمه هادی ها استفاده می شوند.

عملیات

کریستال های نوری عمدتاً در کاربردهای لیزری استفاده می شوند. به عنوان مثال، دستگاه های غیر خطی به عنوان مبدل فرکانس استفاده می شوند و از یک کریستال ساخته شده از لیتیوم نیوبات، باریم بورات، لیتیوم تریبورات و پتاسیم تیتانیل فسفات تشکیل شده اند. هر کدام ویژگی های عملیاتی خاصی دارند و باید بر اساس کاربرد لیزر انتخاب شوند. به عنوان مثال، یک کریستال نیوبات لیتیوم ممکن است به عنوان دو برابر کننده فرکانس در یک دستگاه نوسان ساز پارامتری نوری (OPO) استفاده شود.

کریستال های نوری را می توان در بسیاری از کاربردهای لیزر مادون قرمز (IR) استفاده کرد. به عنوان مثال می توان به آشکارسازهای سوسوزن و آنالایزرهای گاز اشاره کرد. این کریستال ها همچنین به طور گسترده در دستگاه های نوری مادون قرمز نظامی استفاده می شود. قطعات نوری یاقوت کبود کریستال در پنجره های لیزری با قدرت بالا استفاده می شود. برخی از کریستال های نوری شفاف یا بی رنگ هستند. بلورهای آکوستو نوری مانند دی اکسید تلوریوم را می توان در کاربردهای لیزر آرگون استفاده کرد.

انواع کریستال های نوری 

انواع مختلفی از کریستال های نوری وجود دارد

• آکوستو-اپتیک : کریستال های آکوستو-اپتیک به دلیل امواج صوتی موجود در محیط، تغییراتی در ضریب شکست محیط دارند.

• انکسار دوگانه : ضریب شکست کریستال های دوشکس به جهت قطبش نور عبوری بستگی دارد. کریستال های دوشکست معمولاً برای ساخت صفحات موج یا کندکننده ها، پلاریزه کننده ها و منشورها استفاده می شوند.

• الکترواپتیک : بلورهای الکترواپتیک بلورهایی هستند که اثر Pockels (اثر خطی) یا Kerr Effect (اثر غیر خطی) را نشان می‌دهند. ضریب شکستی که متناسب با میدان الکتریکی تغییر می‌کند، اثر Pockels است. ضریب شکستی که متناسب با مربع میدان الکتریکی تغییر می کند، اثر کر است.

• لیزر : کریستال‌های لیزر زمانی که توسط یک منبع انرژی انرژی می‌گیرند، نور لیزر تولید می‌کنند.

• غیر خطی : کریستال های غیرخطی (NLO) اثرات نوری غیرخطی را از لیزر، الکتریسیته، میدان های مغناطیسی یا میدان کرنش ایجاد می کنند.

• انکسار نوری : کریستال های انکسار نوری دارای تغییراتی در ضریب شکست هستند که با تغییرات فضایی شدت نور تغییر می کند.

• سوئیچ Q : بلورهای سوئیچ کیو هنگامی که توسط نور لیزر برانگیخته می شوند، انرژی را در حالت اشباع ذخیره می کنند. انتقال آن افزایش می یابد و از دست دادن رزوناتور کاهش می یابد و پالس لیزر تولید می شود.

• سوسوزن : یک کریستال سوسوزن اشعه ایکس، پرتوهای گاما، پرتوهای آلفا و بتا را جذب می کند و بخشی از انرژی آنها را به نور مرئی و فوتون های فرابنفش (UV) تبدیل می کند.

تنظیمات 

کریستال های نوری معمولاً از مواد زیر ساخته می شوند:

• BBO : بتا باریم بورات (بتا-BaB204) دارای سطوح بالایی از شفافیت و محدوده تطابق فاز گسترده است. دارای ضریب غیرخطی بزرگ، آستانه آسیب بالا و همگنی نوری خوبی است.

• BIBO : بیسموت بورات (BiB3O6) یک کریستال نوری غیر خطی با محدوده شفافیت گسترده، ضریب غیر خطی بزرگ و آستانه آسیب بالا است.

• KDP و KD*P : کریستال‌های نوری دی هیدروژن فسفات پتاسیم (KH2PO4) و دی‌هیدروژن فسفات پتاسیم (KD2PO4) یکی از متداول‌ترین مواد غیرخطی هستند.

• KTP : KTP کریستال های نوری با خلوص بالا و جذب کم هستند. KTP همچنین دارای ضرایب نوری غیرخطی بزرگ، پهنای باند زاویه ای وسیع و ثابت دی الکتریک پایین است.

• KTA : KTA (KTiOAsO4) یا آرسنات پتاسیم تیتانیل دارای ضرایب نوری و الکترواپتیکی بزرگ با پهنای باند زاویه ای و پهنای باند طیفی است. KTA همچنین مقاومت بالایی در برابر تابش لیزر دارد.

• ZnGeP2 غیرخطی مادون قرمز (ZGP) : بلورهای نوری ZnGeP2 (ژرمانیم فسفید روی) بلورهای نوری نزدیک به مادون قرمز غیرخطی هستند. آنها آستانه آسیب لیزر نسبتاً بالایی دارند و شفافیت نوری خوبی دارند.  

• LBO : لیتیوم تری بورات (LiB3O5) دارای ضریب تبدیل بزرگ و شفافیت نوری گسترده است.

• LiNbO3 : کریستال های نوری LiNbO3 به دلیل ضرایب الکترواپتیک و آکوستو اپتیک بزرگ معمولاً به عنوان دو برابر کننده فرکانس استفاده می شوند.

• RTP : بلورهای RTP (RbTiOPO4) بلورهای نوری غیرخطی با آستانه آسیب بالا، ضریب نوری بزرگ و عملکرد عالی هستند.

• TGG : کریستال های نوری گارنت تربیوم گالیوم (Tb3Ga5O12) در طول موج های مرئی تا مادون قرمز نزدیک استفاده می شوند و دارای رسانایی حرارتی بالا و تلفات نوری کم هستند.

• YCOB : بلورهای نوری اکسی بورات کلسیم ایتریوم (YCa4O(BO3)3 کریستال های غیرخطی با شدت آسیب بالا هستند و می توانند در محدوده فرکانس UV استفاده شوند.

مشخصات و ویژگی ها 

مشخصات 

مشخصات زیر عملکرد یک کریستال نوری را مشخص می کند.

• ابعاد: ابعاد فیزیکی کریستال.

• جهت‌گیری کریستالی : جهت انتشار به زاویه‌ای ازیموتال (Phi) و زاویه قطبی (تتا) تقسیم می‌شود. زاویه ازیموتال زاویه بین تابش جهت انتشار بر روی صفحه XY و محور x است. زاویه قطبی زاویه بین محور نوری و جهت انتشار است.

• مشخصات نوری : آستانه آسیب، ضریب شکست و محدوده شفافیت. آستانه آسیب یا آستانه آسیب ناشی از لیزر، میزان آسیبی است که کریستال می تواند از پالس های لیزر تحمل کند. ضریب شکست به صورت n = c/v تعریف می شود که n ضریب شکست، c سرعت نور در خلاء و v سرعت نور در محیط است. محدوده شفافیت محدوده طول موج کریستال های نوری است که نور می تواند بدون پراکندگی زیاد از مواد عبور کند.

ویژگی ها 

این ویژگی ها ابزار اضافی یا سهولت استفاده را فراهم می کند.

• AR-coated : کریستال نوری دارای پوشش AR (ضد بازتاب) است.

• مقاوم در برابر لیزر/گرما : کریستال های نوری برای استفاده با لیزر درجه بندی می شوند یا در برابر حرارت مقاوم هستند.

اطلاعات مرتبط

Engineering360-وقتی نانوذرات با هم برخورد می کنند...

Engineering360—Fiber Optics Pioneer برنده جایزه Tyndall شد

منابع 

Shalom EO

A-Star Photonics.

کریستال های یونایتد

نیولایت فوتونیک

کرایلینک

منبع:globalspec