[科普中国]-声光晶体

简介

具有声光效应的晶体材料。晶体在外力作用下会引起其折射率的变化，从而导致其光学性质的改变，这一现象称为弹光效应。当超声波（机械波）通过介质材料时，要在介质材料中产生弹性力，从而通过弹光效应使介质材料的折射率发生变化，这即为声光效应。

声光晶体的最大特点是光学和声学的各向异性。由于各向异性使声光晶体在声光效应中具有反常布拉格衍射效应，从而开发出宽带、快速的反常布拉格衍射声光调制器和声光滤波器。声光晶体的各向异性，又使其可能在某些方向获得很小的声速和高的品质因子。此外，晶格的长程有序排列，又使声光晶体一般具有较小的声损耗，从而可以增大声光器件的带宽。

分类方晶类声光晶体这类晶体一般有比较成熟的生长工艺，易于获得较大尺寸的单晶。其弹光系数不大，品质因子也较低，但能获得很低的声损耗，因而可以制作宽带的声光器件。这类晶体在X光或紫外光照射下易于产生色心，因而不能用于短波长波段。这类晶体有43m点群的钇铝石榴石(YAG)晶体、23群的硅酸韧(BSO)和锗酸钻(BGO)晶体。

光学单轴声光晶体这类晶体目前可见波段声光材料中性能较好的晶体。主要有三方晶系的锭酸铿(LN)和钮酸锉(LT)，四方晶系的钥酸铅(PM)、氧化蹄(TeO2)和氯化汞(HgCl2)，以及六方晶系的蓝宝石。这类晶体比较容易生长，但不易获得太大的尺寸。其中四方晶系的 PM和TeO2因为有较大弹光系数及高的折射率，因而有很高的品质因子，是应用最广的声光晶体。

光学双轴声光晶体这类晶体对称性较低，因而有强的各向异性。这提供了优化器件的较大自由度，但也给器件设计和应用带来许多不便。此外，低的对称性使晶体生长较困难。其典型晶体是正交晶系的碘酸(a一HIOs),它各方向的品质因子差别很大，从而提供多种器件设计方案，但其晶体光学质量太差，限制了它的应用。溴化铅(PbBr2)是透过波段包括可见到中红外的优秀声光晶体，具有很高的声光品质因子，晶体质量也较好，目前正在研究开发中。

半导体声光晶体这类晶体透过波段深入到红外，是在红外波段应用的主要声光晶体。其折射率大，弹光系数也较大，因而品质因子是所有声光材料中最高的。但由于半导体材料的声损耗较大，因而带宽并不太高。属于这类晶体的有三方的硫化砷铂(TAS)和硫化砷银 (Ag3AsS3)，它们被认为是目前最好的红外声光材料。 立方的碲(Te)和锗(Ge)单晶也是红外波段常用的声光材料。1

声光晶体的应用目前，声光效应已广泛地应用于光电子技术科学和激光技术中主要用作Q开关、光强度调制器、光位相调制器、光术、激光技术、光信息处理技术等领域，以及用于研究物质的弹性性质、束偏转器、激光锁模以及大屏幕显示的靶面等。声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程， 调制信号是以电信号(调幅)的形式作用于电声换能器上，当光波通过声光介质时，光载波受到调制而成“携带”信息的调制波。2