硼酸钡（Barium Borate，化学式：BaB₂O₄）是一种重要的无机晶体材料，广泛应用于激光技术、非线性光学和光学器件领域。根据晶体结构的不同，硼酸钡主要存在两种晶型：β相（β-BBO）和α相（α-BBO）。尽管它们具有相同的化学成分，但在晶体结构、物理特性和应用领域方面存在显著差异。
什么是BBO晶体？
BBO晶体是指硼酸钡晶体，具有优异的光学性能和机械特性。根据晶体结构的不同，BBO晶体可分为两种晶型：
- β-BBO：低温相，具有非中心对称结构，表现出显著的非线性光学特性。
- α-BBO：高温相，具有中心对称结构，不具备非线性光学特性，但具有高双折射率。
β-BBO晶体：非线性光学的
特性
- 晶体结构：β-BBO属于三方晶系，具有非中心对称结构，这种结构使其具备优异的非线性光学性能。
- 非线性光学性能：由于其非中心对称性，β-BBO在二次谐波生成（SHG）等非线性光学应用中表现出色。
- 宽透明范围：β-BBO的透光范围为190 nm至3500 nm，覆盖从紫外到红外的宽波段。
- 高光学损伤阈值：适用于高功率激光应用，具有较高的抗光损伤能力。
图1. 芯飞睿生产的β-BBO晶体毛坯应用
- 激光倍频：常用于Nd:YAG激光器的二次谐波生成，将1064 nm的激光转换为532 nm的绿光。
- 光学参量放大（OPA）和光学参量振荡（OPO）：用于产生可调谐的激光输出。
- 紫外光源生成：在紫外和深紫外波段的光源生成中发挥重要作用。
α-BBO晶体：高双折射率的光学材料
特性
- 晶体结构：α-BBO同样属于三方晶系，但具有中心对称结构，因此不具备二阶非线性光学效应。
- 高双折射率：α-BBO具有大的双折射率，透光范围为189 nm至3500 nm，尤其在紫外区的透过率很高（95%）。
- 热稳定性：α-BBO在高温下稳定，物理化学性能稳定，机械加工性能优异。
应用
- 偏振光学器件：用于制造高性能的偏振分束器、波片（如λ/2和λ/4波片）等。
- 高功率激光系统：由于其高损伤阈值，适用于高功率激光操作的场合，如激光器中的Q开关。
- 干涉光学仪器：在高精度光学测试中，用于制造干涉仪等设备。
β-BBO与α-BBO的主要区别
| 属性 | β-BBO | α-BBO |
| 晶体结构 | 三方晶系，非中心对称结构 | 三方晶系，中心对称结构 |
| 非线性光学性能 | 具备高非线性光学性能 | 无二阶非线性光学性能 |
| 双折射率 | 较高 | |
| 热稳定性 | 加热至约925℃时转变为α相 | 高热稳定性 |
| 主要应用领域 | 激光倍频、光学参量放大和振荡 | 偏振光学器件、高功率激光系统 |
如何选择合适的BBO晶体？
选择BBO晶体时，需根据应用需求进行合理选择：
- 非线性光学应用：如需要进行激光倍频、光学参量放大等，选择β-BBO。
- 偏振光学应用：如需要制造高性能偏振器件、波片等，选择α-BBO。
结论
β-BBO和α-BBO晶体在光学领域各具特色。β-BBO以其优异的非线性光学性能在激光技术中占据重要地位，而α-BBO则凭借其高双折射率和热稳定性在偏振光学器件中广受青睐。了解它们的特性和区别，有助于在实际应用中做出。
