Bêta-borate de baryum

Modèle:Voir homonymes Modèle:Infobox Chimie Le β-borate de baryum, ou BBO, est le polymorphe basse température du borate de baryum, composé chimique de formule Modèle:Fchim, également écrite Modèle:Fchim et Modèle:Fchim. Le borate de baryum se présente sous la forme d'une poudre blanche ou de cristaux incolores, souvent à l'état d'hydrate Modèle:Fchim. Cet hydrate est un solide blanc peu soluble dans l'eau, tandis que le dihydrate Modèle:Fchim, également de couleur blanche, perd son eau de cristallisation à Modèle:Tmp. Il existe une phase α stable à haute température, la transition Modèle:Nobr survenant vers Modèle:Tmp. Ces deux phases diffèrent par la position des cations de baryum BaModèle:Exp dans le cristal mais sont biréfringentes toutes les deux ; le BBO est un matériau couramment employé en optique non linéaire, par exemple pour réaliser un doublage de fréquence, tandis que la phase α présente une symétrie centrale et donc des propriétés non linéaires différentes.

Propriétés physiques

L'α-borate de baryum est un matériau optique ayant une fenêtre de transmission optique très large, s'étendant de Modèle:Unité/2. Il a de bonnes propriétés mécaniques et convient aux applications optiques ultraviolettes de polarisation à grande puissance. Il peut se substituer à la calcite Modèle:Fchim, au dioxyde de titane Modèle:Fchim ou au niobate de lithium Modèle:Fchim dans les prismes de Glan-Taylor, les prismes de Glan-Thompson, les miroirs semi-réfléchissants et d'autres composants optiques. Il est faiblement hygroscopique et a une dureté de 4,5 sur l'échelle de Mohs. Il cristallise dans le système trigonal avec le groupe d'espace RModèle:Surlignerc (Modèle:N°) et les paramètres Modèle:Nobr et Modèle:Nobr.

Le β-borate de baryum, quant à lui, est transparent d'environ Modèle:Unité/2. Il peut être utilisé comme convertisseur bas. Sa dureté est également de 4,5 sur l'échelle de Mohs. Il cristallise également dans le système trigonal mais avec le groupe d'espace R3c (Modèle:N°) et les paramètres Modèle:Nobr et Modèle:Nobr. La structure présente trois ions trimériques Modèle:Nobr presque plans. Chaque atome de baryum est coordonné à huit atomes d'oxygène provenant d'anions voisins. Ses propriétés optiques non linéaires sont près de dix fois supérieures à celles du phosphate de monopotassium Modèle:Fchim. Il peut également être utilisé avec des impulsions laser à très haute densité d'énergie, le Modèle:Lien du matériau étant de l'ordre de Modèle:Unité à Modèle:Unité/2 pendant Modèle:Unité.

Le borate de baryum a une forte biréfringence uniaxiale négative et peut être utilisé pour la génération de seconde harmonique de Modèle:Unité/2. Ses indices de réfraction sont peu sensibles à la température, ce qui permet de conserver l'accord de phase sur une gamme de températures large de Modèle:Nobr inhabituellement large.

Préparation

Le borate de baryum peut être obtenu en faisant réagir une solution aqueuse d'acide borique Modèle:Fchim avec de l'hydroxyde de baryum Modèle:Fchim. Le γ-borate de baryum obtenu contient de l'eau de cristallisation qui ne peut être entièrement éliminée par séchage à Modèle:Tmp mais par chauffage de Modèle:Tmp. La calcination à des températures d'environ Modèle:Tmp conduit à la conversion complète en polymorphe β. Le BBO obtenu de cette manière ne contient pas de traces de Modèle:Fchim.

Les cristaux de BBO destinés aux applications d'optique non linéaire peuvent être obtenus par croissance à partir de flux de borate de baryum, d'oxyde de sodium Modèle:Fchim et de chlorure de sodium NaCl fondus.

Des couches minces de borate de baryum peuvent être déposées par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques à partir d'hydrotris(1-pyrazolyl)borate de baryum(Modèle:II). On obtient différentes phases en fonction de la température de croissance. On peut également préparer du BBO pour les applications photoniques par procédé sol-gel assisté par polyvinylpyrrolidone.

Le monohydrate de borate de baryum est obtenu à partir d'une solution de sulfure de baryum BaS et de tétraborate de sodium Modèle:Fchim. Il peut être utilisé comme additif par exemple dans des retardateurs de flamme, des fongicides ou des inhibiteurs de corrosion.

Le dihydrate est obtenu à partir d'une solution de métaborate de sodium Modèle:Fchim et de chlorure de baryum Modèle:Fchim à une température de Modèle:Tmp ; un précipité blanc se forme lorsque la solution est refroidie à température ambiante. Il perd son eau de cristallisation à Modèle:Tmp et peut être utilisé comme retardateur de flamme pour peinture, textile et papier.

Propriétés optiques

• Indice de réfraction, 1 064 nm : $n_{\text{o}}=1,65,n_{\text{e}}=1,54$
• 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 (> Modèle:Nb) : 198–2 600 nm
• Coefficients thermo-optiques :
  • $\frac{\partial n_{\text{o}}}{\partial \mathrm{T}}=-9,3\times 10^{-6}{/}^{\circ }\mathrm{C}$ ;
  • $\frac{\partial n_{\text{e}}}{\partial \mathrm{T}}=-16,6\times 10^{-6}{/}^{\circ }\mathrm{C}$.

• Coefficients optiques non linéaires :
  • d₂₂ = 2,3 pV/m ;
  • d₃₁ = –0,16 pV/m.

• Seuil d'endommagement : Modèle:Nb pour une largeur d'impulsion de 100 ps à Modèle:Unité/2.

Équations de Sellmeier

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

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