CN105068280B - 一种氟代硼铍酸钾族晶体材料的用途及声光器件 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种氟代硼铍酸钾族晶体材料(包括氟代硼铍酸钾、氟代硼铍酸铷和氟代硼铍酸铯)的用途及声光器件。其中，氟代硼铍酸钾族晶体材料的用途，包括：用于作为声光器件中的声光介质；其中，传入所述声光介质的光为紫外光；所述声光器件产生的声波传入所述声光介质的方向为：所述氟代硼铍酸钾族晶体的c轴方向；所述紫外光传入所述声光介质的方向与所述c轴方向垂直。本发明实施例提供的技术方案能够改善紫外波段特别是深紫外波段的声光耦合的强度，提高声光器件的声光转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及声光技术领域，尤其涉及一种氟代硼铍酸钾族晶体材料的用途及声光器件。
背景技术
当声波和光波同时照射在声光介质时，声波和光波之间会发生相互作用。声光相互作用最有意义的现象是受到声波扰动的声光介质会对光发生衍射，该现象称为声光效应。在声波的作用下声光介质使光束的传播方向发生了偏折，声波可以用来调制光束的强度和频率。利用声光效应控制激光光束，对激光的调制有着广泛的应用，例如用于光调制器、光束偏转、光信息处理以及频谱分析等方面。对于声光材料来讲，表征声光耦合强度的品质因子通常与如下参数有关：声光介质对光波的折射率、有效弹光系数、声光介质的密度以及声波在沿着声光介质特定方向上的传播速度。其中，常用的品质因子与折射率的七次方或者六次方成正比，品质因子会随着声光介质折射率的降低而剧烈下降。
然而，已有的用作声光器件中的声光介质，已经不能满足人们日益增长的对声光器件的高声光转换效率的需求。特别是，对于已有的能够透过紫外光(特别是深紫外光)的声光介质而言，因其带隙往往比较大，其对紫外光的折射率往往都比较小，从而该声光介质的品质因子往往都比较低，相应的能够应用在紫外光波段的声光器件的声光转换效率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种氟代硼铍酸钾族晶体材料的用途及声光器件，以提高应用在紫外光波段的声光器件的声光转换效率。
第一方面，本发明提供了一种氟代硼铍酸钾族晶体材料的用途，该用途包括：用于作为声光器件中的声光介质；
其中，所述氟代硼铍酸钾族晶体包括氟代硼铍酸钾、氟代硼铍酸铷和氟代硼铍酸铯晶体；传入所述声光介质的光为紫外光；所述声光器件产生的声波传入所述声光介质的方向为：所述氟代硼铍酸钾族晶体的c轴方向；所述紫外光传入所述声光介质的方向与所述c轴方向垂直。
优选的，所述紫外光为深紫外光；其中，所述深紫外光为波长小于200nm的紫外光。
示例性的，所述声光器件为声光调制器、声光偏转器、声光滤波器和声光频谱分析器中的任意一种。
第二方面，本发明实施例还提供了一种声光器件，该器件包括：
声波产生装置，用于产生设定频率的声波，在声光介质中传播；
声光介质，为氟代硼铍酸钾族晶体材料，用于在所述声波和传入紫外光的作用下，产生声光衍射；
其中，所述氟代硼铍酸钾族晶体包括氟代硼铍酸钾、氟代硼铍酸铷和氟代硼铍酸铯晶体；所述声光器件产生的声波传入所述声光介质的方向为：所述氟代硼铍酸钾族晶体的c轴方向；所述紫外光传入所述声光介质的方向与所述c轴方向垂直。
优选的，所述紫外光为深紫外光；其中，所述深紫外光为波长小于200nm的紫外光。
示例性的，所述声光器件为声光调制器、声光偏转器、声光滤波器和声光频谱分析器中的任意一种。
本发明实施例提供的技术方案，将具有特殊晶体结构的能够透过深紫外光的氟代硼铍酸钾族晶体应用于声光领域，利用该系列晶体来制作应用在紫外或深紫外光波段的声光器件中的声光介质，能够使得声波在该声光介质中沿特定方向传播时的传播速度较小，从而可以保证声光器件在所用声光介质对紫外光的折射率较低的情况下，仍然具有较高的声光转换效率。
附图说明
图1是本发明实施例二提供的声光器件的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种示例图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。将理解，虽然术语第一、第二等在本文中可被用来描述各种元件、组件、区域和/或部分，但这些元件、组件、区域和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分开。因此，下述第一元件、组件、区域或部分可以被称为第二元件、组件、区域或部分，而不偏离所述技术的教导。
实施例一
声光器件在很多科学工程技术领域都具有非常广泛的应用。对于声光器件中的声光介质来讲，品质因子是表征声光介质的声光相互作用的重要参数。目前，常用的品质因子主要有如下三个：
其中，M1、M2、M3为声光介质对具有特定波长光波的品质因子；n是声光介质对该特定波长光波的折射率；Peff为声光介质的有效弹光系数；ρ为声光介质的密度；v是声波在沿着声光介质中特定方向的传播速度。
由此可见，对于声光介质而言，其对特定波长光波的品质因子，与光波的折射率n、有效弹光系数Peff成正相关关系，与声光介质的密度ρ、声波在沿着声光介质中特定方向的传播速度v成负相关关系。
对于光学器件来讲，短波长的光意味着高的分辨率与灵敏度，因此能够透过短波长光的声光介质，对于改善声光器件的性能具有不可比拟的优势。
然而，由于能够透过短波长的紫外光(尤其是深紫外光)材料的带隙较大，所以当声光器件中的声光介质采用这些材料制作时，由于声光介质对紫外光(尤其是深紫外光)的折射率都偏低，从而降低了声光器件的声光转化效率(因为声光材料的品质因子与折射率呈七次方或六次方的正相关关系)。例如，紫外材料熔融石英是一种已有的应用在声光器件中的声光介质，该声光介质对深紫外光的品质因子M1大约为8*10-7(SI)；红外材料LiNbO3是另一种已有的应用在声光器件中的声光介质，该声光介质对红外光的品质因子M1约为7*10-6(SI)。由此可见，紫外材料熔融石英的品质因子M1，仅仅为红外材料LiNbO3相应品质因子M1的十分之一左右。
在研究的过程当中发明人发现，能够透过紫外光的氟代硼铍酸钾族晶体(简称KBBF族晶体，包括KBe2BO3F2，RbBe2BO3F2和CsBe2BO3F2)，其力学性质具有高度各向异性，从而使得声波在KBBF族晶体的c轴方向上的传播速度很慢，并且与其他晶体相比，其密度也相差不大。如果利用KBBF族晶体来制作声光器件中的声光介质，虽然其对紫外光的折射率较低，但是其品质因子可以随着声波在力学性质高度各向异性的KBBF族晶体中较低的传播速度(例如声波在KBe2BO3F2晶体的c轴方向上的传播速度仅仅为1.74Km/s)，而得到补偿，尤其是表征声光衍射效率的品质因子M2比熔融石英的要高20倍。因此，将KBBF族晶体作为声光介质，应用在对应的光波为紫外光(特别是深紫外光)的声光器件中，将大大地改善该声光器件的声光转换效率。
为此，本实施例提供一种KBBF族晶体的用途，将该材料用于作为声光器件中的声光介质，以保证声光器件具有较高的声光转换效率。其中，传入声光介质的光为紫外光；声光器件产生的声波传入声光介质的方向为：KBBF族晶体的c轴方向；紫外光传入声光介质的方向与所述c轴方向垂直。优选的，紫外光为深紫外光。其中，深紫外光为波长小于200nm的紫外光。
KBBF族晶体的结构为R32空间群，属于单轴晶系，c轴方向为其三次对称轴。KBBF族晶体的a轴方向与b轴方向成120度夹角，a轴方向与b轴方向所在的平面与c轴方向垂直。示例性的，紫外光传入声光介质的方向为a轴方向与b轴方向所在平面内的任一方向。
在本实施例中，声光器件可以是：应用在声光领域中的，包含有声光介质且该声光介质会在声波和光波的作用下产生声光效应的任意器件。其中，声波可由声光器件产生。光波可由声光器件产生，也可作为声光器件的外界输入，而独立于声光器件。例如，声光器件可以是声光调制器、声光偏转器、声光滤波器和声光频谱分析器中的任意一种。当然，声光器件还可以是声光光探测器或声光光纤传感器等。
本实施例提供的技术方案，将具有特殊晶体结构的能够透过紫外光的氟代硼铍酸钾族晶体应用于声光领域，利用该晶体来制作应用在紫外或深紫外光的声光器件中的声光介质，能够使得声波在该声光介质中沿特定方向传播时的传播速度较小，从而可以保证声光器件在所用声光介质对紫外光的折射率较低的情况下，仍然具有较高的声光转换效率。
实施例二
图1是本发明实施例二提供的声光器件的结构示意图。参见图1，该声光器件10包括：
声波产生装置101，用于产生设定频率的声波，在声光介质102中传播；
声光介质102，为KBBF族晶体材料，用于在声波和传入的紫外光的作用下，产生声光衍射；
其中，本实施例提供的声光器件10产生的声波传入声光介质102的方向为：KBBF族晶体的c轴方向；紫外光传入所述声光介质的方向与所述c轴方向垂直。
优选的，所述紫外光为深紫外光；其中，所述深紫外光为波长小于200nm的紫外光。
在上述技术方案的基础上，声光器件10优选为声光调制器、声光偏转器、声光滤波器和声光频谱分析器中的任意一种。当然，声光器件还可以是声光光探测器或声光光纤传感器等。需要说明的是，在本实施例中，传入的紫外光可由声光器件10自己产生，此时声光器件还应包括产生紫外光的声波产生装置。当然，传入的紫外光也可作为声光器件10的外界输入，而独立于声光器件10。
本实施例提供的声光器件，与上述实施例一提供的KBBF族晶体的用途，属于同一发明构思，与实施例一具备相同的有益技术效果，未在本实施例中详细介绍的技术细节，可参见上述实施例一，在此不再赘述。
为更清楚的阐述本实施例提供的技术方案，现进行举例说明。如图2所示，声光器件包括：声波产生装置200和KBBF族晶体材料的声光介质201。声波产生装置200产生设定频率的声波202，沿着声光介质201的c轴方向上传播。在该传播过程中，会使声光介质201在c轴方向上的密度发生周期性的变化，进而使得声光介质201在c轴方向上对深紫外光203的折射率n如正弦曲线205周期性的变化，这就相当于在KBBF族晶体中形成了一个相位光栅。之后，沿着声光介质201的a轴方向上，有一深紫外光203作为入射光传入声光介质201时，就会发生衍射，即声光衍射，形成衍射条纹204。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (6)
1.一种氟代硼铍酸钾族晶体材料的用途，其特征在于，用于作为声光器件中的声光介质；其中，
所述氟代硼铍酸钾族晶体为氟代硼铍酸钾、氟代硼铍酸铷和氟代硼铍酸铯晶体；传入所述声光介质的光为紫外光；所述声光器件产生的声波传入所述声光介质的方向为：所述氟代硼铍酸钾族晶体的c轴方向；所述紫外光传入所述声光介质的方向与所述c轴方向垂直。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述紫外光为深紫外光；其中，所述深紫外光为波长小于200nm的紫外光。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述声光器件为声光调制器、声光偏转器、声光滤波器和声光频谱分析器中的任意一种。
4.一种声光器件，包括声波产生装置，用于产生设定频率的声波，在声光介质中传播，其特征在于，包括：
声光介质，为氟代硼铍酸钾族晶体材料，用于在所述声波和传入的紫外光的作用下，产生声光衍射；
其中，所述氟代硼铍酸钾族晶体包括氟代硼铍酸钾、氟代硼铍酸铷和氟代硼铍酸铯晶体；所述声光器件产生的声波传入所述声光介质的方向为：所述氟代硼铍酸钾族晶体的c轴方向；所述紫外光传入所述声光介质的方向与所述c轴方向垂直。
5.根据权利要求4所述的声光器件，其特征在于，所述紫外光为深紫外光；其中，所述深紫外光为波长小于200nm的紫外光。
6.根据权利要求4或5所述的声光器件，其特征在于，所述声光器件为声光调制器、声光偏转器、声光滤波器和声光频谱分析器中的任意一种。
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