Bêta-borate de baryum

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β-borate de baryum
Catégorie VI : borates[1]
Général
Numéro CAS 13701-59-2,
26124-86-7 (monohydrate),
23436-05-7 (dihydrate)
Formule brute B2BaO4BaB2O4
Identification
Masse formulaire[2] 222,947 ± 0,022 uma
B 9,7 %, Ba 61,6 %, O 28,71 %,
Classe cristalline et groupe d'espace R3c, no 161
Système cristallin rhomboédrique
Échelle de Mohs 4,5
Propriétés chimiques
Masse volumique monohydrate : 3,35 g/cm³
Température de fusion 1 095 °C ±5 °C
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le bêta-borate de baryum (en anglais : β-barium borate, BBO ou β-BaB2O4) est une forme particulière de cristaux fréquemment employés pour le doublage de fréquence ainsi que d'autres applications en optique non-linéaire. Il est transparent sur une large gamme de longueurs d'onde (d'environ 200 à 3 000 nanomètres), et il est particulièrement utilisé pour sa transparence dans l'UV profond.

Le BBO a un système cristallin trigonal (ou rhomboédrique), son groupe ponctuel cristallographique est 3m, et son groupe d'espace est R3c. Le BBO a une biréfringence uniaxiale négative et peut être utilisé en accord de phase de type I (ooe) dans le cas de la génération de seconde harmonique de 409,6 à 3 500 nanomètres. La dépendance en température des indices de réfraction est basse, entraînant une gamme inhabituellement large pour un accord de phase en température. Enfin, c'est un cristal légèrement hygroscopique.

Le β-borate de baryum diffère de l'α-borate de baryum dans la position des ions baryum dans le cristal. Les deux phases sont biréfringentes. Par contre, la phase α qui existe au-dessus de 925 °C possède un centre de symétrie et donc n'a pas les mêmes propriétés non-linéaires que la phase β[3].

Propriétés physiques[modifier | modifier le code]

Propriétés optiques[modifier | modifier le code]

  • Indice de réfraction, 1 064 nm : n_\text{o}=1,65, \ n_\text{e}=1,54[4]
  • Indice de réfraction, 532 nm : n_\text{o}=1,67, \ n_\text{e}=1,55
  • Indice de réfraction, 266 nm : n_\text{o}=1,75, \ n_\text{e}=1,61
  • Transparence (> 0,5 cm-1) : 198–2 600 nm[3]
  • Coefficients thermo-optiques[3] :
    • \frac{\partial n_\text{o}}{\partial \mathrm T}= -9,3 \times 10^{-6} / ^\circ \mathrm C ;
    • \frac{\partial n_\text{e}}{\partial \mathrm T} = -16,6 \times 10^{-6} / ^\circ \mathrm C.
  • Coefficients optiques non-linéaires[5] :
    • d22 = 2,3 pV/m ;
    • d31 = –0,16 pV/m.
  • Seuil de dommage : 10 GW/cm2 pour une largeur d'impulsion de 100 ps à 1 064 nm.

Équations de Sellmeier[modifier | modifier le code]

Les équations de Sellmeier sont, pour λ exprimé en µm[6] :

  • n^2_\text{o}(\lambda) = 2,7359 + 0,01878/(\lambda^2 - 0,01822) - 0,01354  \lambda^2 ;
  • n^2_\text{e}(\lambda) = 2,3753 + 0,01224/(\lambda^2 - 0,01667) - 0,01516 \lambda^2.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. a, b et c (en) D. N. Nikogosyan, « Beta Barium Borate (BBO) », Applied Physics A: Materials Science & Processing, vol. 52, no 6,‎ juin 1991, p. 359-368 (DOI 10.1007/BF00323647)
  4. n_\text{e} est l'indice de réfraction expérimental.
  5. (en) V.G. Dmitriev, G. G. Gurzadyan et D. N. Nikogosyan (trad. du russe), Handbook of Nonlinear Optical Crystals, Berlin, Springer,‎ 1999, 3e éd., relié, 413 p. (ISBN 978-3-540-65394-3, LCCN 99017769)
  6. (en) Kato, K., « Second-harmonic generation to 2048 Å in β-BaB2O4 », IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 22, no 7,‎ 1986, p. 1013-1014 (DOI 10.1109/JQE.1986.1073097)