NLO Glass – Kính quang học phi tuyến, tối ưu cho ứng dụng laser và quang học hiện đại

1. Giới thiệu chung

NLO Glass (Nonlinear Optical Glass) là loại kính quang học đặc biệt được thiết kế để tương tác phi tuyến với ánh sáng laser, tức là khả năng thay đổi chiết suất theo cường độ ánh sáng hoặc tạo các hiệu ứng quang phi tuyến khác. Đây là vật liệu quan trọng cho laser, quang học phi tuyến, modulators, và frequency conversion.

NLO Glass thường được ứng dụng trong:

• Laser systems, đặc biệt là ultrafast laser

• Second-harmonic generation (SHG), third-harmonic generation (THG)

• Optical parametric oscillator (OPO), modulators

• Photonics, quantum optics, telecommunication systems

2. Lịch sử & quy trình sản xuất

NLO Glass phát triển từ nhu cầu vật liệu quang học có khả năng phi tuyến cao, ổn định và dễ chế tạo hơn các tinh thể phi tuyến truyền thống như KDP hay BBO.

Quy trình sản xuất chính:

1. Pha trộn nguyên liệu thủy tinh: Silica, borosilicate, oxit kim loại và dopant phi tuyến (ví dụ: La₂O₃, PbO, Nb₂O₅, TiO₂) theo công thức chuẩn.

2. Nung chảy trong lò cao: Tránh tạp chất, đảm bảo homogeneity.

3. Làm mát & gia nhiệt (annealing): Loại bỏ ứng suất cơ học, cải thiện tính quang học phi tuyến.

4. Gia công cơ học & đánh bóng: Cắt, mài, đánh bóng đạt độ nhẵn quang học.

5. Kiểm tra chất lượng: Tính phi tuyến, chiết suất, homogeneity, absorption, damage threshold với laser.

NLO Glass ra đời để kết hợp dễ gia công của kính thủy tinh với khả năng phi tuyến cao, giúp các hệ thống laser hoạt động ổn định hơn, dễ tích hợp và sản xuất số lượng lớn.

3. Đặc tính kỹ thuật NLO Glass

3.1. Đặc tính quang học

• Dải truyền sáng: 350 – 2500 nm (tùy loại và dopant)

• Chỉ số khúc xạ (n): 1.6 – 2.2, tùy vật liệu

• Phi tuyến quang học: n₂ (nonlinear refractive index) ~10⁻¹⁶ – 10⁻¹⁴ cm²/W

• Transmission: cao (>90% visible → near-IR), giảm mạnh ngoài dải thiết kế

• Birefringence: thấp đến trung bình, tùy loại dopant

3.2. Đặc tính cơ học

• Mật độ: 2.5 – 5.0 g/cm³

• Young’s modulus: 60 – 90 GPa

• Poisson’s ratio: 0.20 – 0.25

• Hardness (Knoop): 500 – 700 HK

3.3. Đặc tính nhiệt

• Hệ số giãn nở nhiệt (CTE): 5 – 10 ×10⁻⁶ /K

• Annealing point: 500 – 600 °C

• Softening point: 700 – 750 °C

• Damage threshold với laser: 1–10 J/cm² @ 1064 nm, 10 ns pulse (tùy loại)

Lưu ý: NLO Glass nhạy cảm với ánh sáng laser cường độ cao, nên chọn vật liệu phù hợp với ứng dụng.

4. Bảng datasheet tham khảo NLO Glass

5. Ứng dụng thực tế của NLO Glass

1. Second / Third Harmonic Generation (SHG / THG): tạo bước sóng mới trong laser systems.

2. Optical parametric oscillators (OPO): tạo tín hiệu và idler beam trong photonics.

3. Modulators & switches: điều chỉnh ánh sáng laser trong optical communication.

4. Laser systems: ultrafast laser, pulsed laser, frequency conversion.

5. Quantum optics & photonics: photon entanglement, qubit generation.

6. So sánh NLO Glass với các loại kính khác

NLO Glass đặc trưng khả năng phi tuyến cao, khác với BK7, Sapphire hay Chalcogenide vốn dùng chủ yếu cho quang học tuyến tính.

7. Lợi ích khi chọn NLO Glass

• Khả năng phi tuyến quang học cao, phù hợp laser systems và photonics hiện đại.

• Chi phí thấp hơn NLO crystal (như BBO, KDP) nhưng vẫn hiệu quả.

• Dễ gia công hơn crystal, dễ sản xuất lens, window, prism số lượng lớn.

• Đa dạng công thức dopant để tối ưu hóa bước sóng, chiết suất phi tuyến, laser damage threshold.

8. Kết luận

NLO Glass (Nonlinear Optical Glass) là lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng phi tuyến quang học, từ SHG/THG, modulators, OPO đến ultrafast laser systems. Khi cần vật liệu quang học dễ gia công, ổn định và có khả năng tương tác phi tuyến cao, NLO Glass đáp ứng tốt hơn các loại BK7, Fused Quartz hay Sapphire trong các hệ thống laser và photonics hiện đại