Высокая эффективность SHG нелинейной оптики

Кристалл трибората лития (LBO)

кристалл BBO (β-борат бария, β-BaB₂O₄), тригональный нецентросимметричный нелинейный оптический кристалл, известен тем, что генерирует 2–5-ю гармоники Nd:YAG-лазеров с эффективностью до 70% (SHG, 532 нм), 60% (THG, 355 нм), 50% (FHG, 266 нм) и рекордными 200 мВт при 213 нм (FFHG). Его превосходные характеристики обусловлены широким диапазоном прозрачности (189–3500 нм), высоким нелинейным коэффициентом (d₁₁ = 2,6 пм/В при 1064 нм → 532 нм), низкой фоторефрактивностью и негигроскопичностью, что делает его критически важным для УФ-литографии, лазерной микрообработки и медицинской оптики.

LBO Кристалл, сокращение от Lithium Triborate Crystal, является замечательным нелинейным оптическим кристаллом. С химической формулой LiB₃O₅ он имеет широкий диапазон прозрачности от 155 до 3200 нм, что позволяет взаимодействовать с различными лазерными источниками. Он имеет высокий порог повреждения, способен выдерживать интенсивные лазерные лучи без ухудшения производительности, что имеет решающее значение для высокомощных лазерных приложений. LBO Crystal также демонстрирует превосходную оптическую однородность. Он широко используется для удвоения частоты, утроения импульсных лазеров высокой пиковой мощности и оптических параметрических генераторов. Его выдающиеся свойства делают его важным компонентом в оптических системах, таких как медицинские лазеры, лазерные дисплеи и оптические хранилища данных.

Кристалл КТП в основном используется в качестве нелинейных кристаллов для удвоения частоты твердотельного кристалла Nd:YAG или кристалла Nd:YVO4 лазера, так как он имеет большие нелинейные оптические коэффициенты, широкую угловую полосу пропускания и малый угол сноса, широкую температурную и спектральную полосу пропускания. Кристалл KTP также имеет высокий электрооптический (ЭО) коэффициент и низкую диэлектрическую постоянную, а также большую добротность, эти особенности делают его также широко используемым в электрооптических приложениях.

Периодически поляризованный кристалл титанилфосфата калия (PPKTP) представляет собой сегнетоэлектрический нелинейный кристалл с уникальной структурой, которая способствует эффективному преобразованию частоты посредством квазифазового согласования (QPM). Кристалл состоит из чередующихся доменов со спонтанной поляризацией противоположных ориентаций, что позволяет QPM корректировать фазовое рассогласование в нелинейных взаимодействиях. Кристалл подходит для эффективного преобразования любого нелинейного процесса в пределах его диапазона прозрачности.

Ниобат лития (LiNbO3) широко используется как электрооптический модулятор и Q-переключатель для лазеров Nd:YAG, Nd:YLF и Ti:Sapphire, а также как модулятор для волоконной оптики и т. д. Поперечная модуляция в основном используется для кристалла LiNbO3. Также кристалл LiNbO3 широко используется в качестве удвоителей частоты для длин волн >1 мкм и оптических параметрических генераторов (OPO) с накачкой на 1064 нм, а также квазифазово-согласованных (QPM) устройств.

Периодически поляризованный кристалл LN (PPLN) формируется путем изготовления нелинейного оптического кристалла ниобата лития (LN) в периодически обращенную доменную структуру на основе теории квазифазового согласования (QPM). Эта уникальная структурная конструкция обеспечивает особые оптические свойства, критически важные для нелинейных оптических приложений.

Дигидрофосфат калия (KDP, KH₂PO₄) и дидейтерийфосфат калия (KDP, KD₂PO₄) являются тетрагональными нелинейными оптическими кристаллами, широко используемыми для генерации второй (532 нм, эффективность 60%), третьей (355 нм) и четвертой гармоники (266 нм) лазеров Nd:YAG посредством фазового согласования типа I/II при комнатной температуре, причем KDP обеспечивает эффективность SHG 75% и более высокий порог повреждения за счет дейтерирования. Как электрооптические материалы, они характеризуются сверхвысокими коэффициентами (r₃₃=23,3 пм/В для KDP), низким полуволновым напряжением (~7,6 кВ при 1064 нм) и широкой полосой пропускания (>10 ГГц), что позволяет применять их в ячейках Поккельса, модуляторах и мощных лазерных системах, таких как инерционный термоядерный синтез, где негигроскопичность KDP превосходит KDP в суровых условиях.

Кальцит (CaCO₃), тригональный отрицательный одноосный кристалл с экстремальным двулучепреломлением и широким пропусканием (200 нм–2300 нм), является основным материалом для поляризационной оптики видимого и ближнего инфракрасного диапазона, несмотря на свою мягкость (твердость по Моосу 3) и гигроскопичность. Он позволяет использовать поляризаторы Глана–Тейлора/Томпсона с коэффициентами экстинкции >10⁶:1, вытеснители пучка и пластины УФ-волн, превосходящие синтетические кристаллы, такие как YVO₄, в ультрафиолетовом диапазоне, но требующие антибликового покрытия и контроля влажности.

Ортованадат иттрия (YVO4) - положительный одноосный кристалл, выращенный методом Чохральского. Он обладает хорошими механическими и физическими свойствами и идеально подходит для оптических поляризационных компонентов благодаря широкому диапазону прозрачности и большому двулучепреломлению. Он является прекрасным синтетическим заменителем кристаллов кальцита (CaCO3) и рутила (TiO2) во многих приложениях, включая волоконно-оптические изоляторы и циркуляторы, вытеснители пучка, поляризаторы Глана и другую поляризационную оптику и т. д.

Высокотемпературная форма BBO (a-BaB2O4) представляет собой отрицательный одноосный кристалл. Он имеет большое двупреломление в широком диапазоне прозрачности от 189 нм до 3500 нм. Недавно компании MT-Optics удалось вырастить этот кристалл до больших размеров. Физические, химические, термические и оптические свойства кристалла a-BBO аналогичны свойствам β-BBO. Однако нелинейные оптические свойства кристалла a-BBO исчезают из-за центрической симметрии его кристаллической структуры, его не рекомендуется использовать в процессах NLO.

Ванадата гадолиния, легированного неодимом (кристаллы Nd:GdVO4) принадлежащий к тетрагональной кристаллической системе, является превосходным идеальным материалом-хозяином для микро/мини-лазеров DPSS (твердотельное диодное накачивание). Он демонстрирует замечательные физические, оптические и механические свойства. С точки зрения производительности лазера кристаллы Nd:GdVO4 демонстрируют более высокую эффективность наклона по сравнению с кристаллами Nd:YAG. По сравнению с кристаллами Nd:YVO4 они обладают превосходной теплопроводностью, что обеспечивает более стабильную работу в условиях высокой мощности и позволяет достигать более высокой выходной мощности. Более того, его выраженная оптическая анизотропия способствует эффективному управлению поляризацией в лазерных системах. Эти характеристики делают кристаллы Nd:GdVO4 весьма подходящими для применения в компактных лазерных устройствах, таких как медицинское лазерное оборудование, прецизионные системы лазерной обработки и передовые научно-исследовательские лазерные установки, где высокая эффективность и стабильная производительность являются критическими требованиями.

Кристалл Nd:YAG является наиболее широко используемым твердотельным лазерным материалом на сегодняшний день. Он использовался в лазерной системе DPSS (твердотельное состояние с диодной накачкой) «микро/мини» для генерации высококачественного красного, зеленого или синего лазерного выходного сигнала. Синий лазер из кристалла Nd:YAG имеет более высокую эффективность и его легче реализовать, чем синий лазер из кристалла Nd:YVO4. Кристалл Nd:YAG также широко используется в военных, научных, медицинских и промышленных лазерных системах, высокопроизводительных научных лазерных системах, лазерной терапии, косметологических системах, лазерной маркировке, лазерном сверлении и других системах лазерной обработки материалов. В частности, кристалл Nd:YAG является лучшим лазерным материалом для высокомощных, высокоэнергетических и импульсных лазерных систем с модуляцией добротности. Широкое применение кристалла Nd:YAG в различных лазерных системах обусловлено его выдающимися физическими и механическими свойствами.

Nd:YVO4 является одним из самых эффективных кристаллов-хозяев лазера, существующих в настоящее время для твердотельных лазеров с диодной лазерной накачкой. Его большое сечение стимулированного излучения на длине волны генерации, высокий коэффициент поглощения и широкая полоса поглощения на длине волны накачки, высокий порог повреждения, вызванного лазером, а также хорошие физические, оптические и механические свойства делают Nd:YVO4 превосходным кристаллом для высокомощных, стабильных и экономичных твердотельных лазеров с диодной накачкой.

Тербий-галлиевый гранат (TGG) является правильным кристаллическим материалом для устройств Фарадея (ротатор и изолятор). Ротор Фарадея состоит из стержня TGG, содержащегося в специально разработанном магните. Поляризация светового луча, проходящего через ротатор, создает вращение. Направление вращения зависит только от направления магнитного поля, а не от направления распространения светового луча. Оптический изолятор состоит из ротатора на 45 градусов, установленного между двумя соответствующим образом расположенными поляризаторами, которые позволяют световому лучу проходить только в одном направлении. Благодаря сочетанию превосходных свойств, таких как большая постоянная Верде, низкие световые потери, высокая теплопроводность и высокий порог светового повреждения, TGG является уникальным материалом для устройств Фарадея. Он широко используется для лазеров YAG и перестраиваемых лазеров Ti: сапфир, кольцевых лазеров и т. д.

Кристалл Cr⁴⁺:YAG - это кристалл с превосходными характеристиками в качестве пассивного модулятора добротности для Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO₄ и других неодимовых или иттербиевых лазеров с длиной волны от 0,8 до 1,2 мкм. С пассивным модулем добротности или насыщающимся поглотителем можно получить достаточное количество лазерных импульсов без необходимости использования электрооптического переключателя. Благодаря хорошей химической стабильности, долговечности, стойкости к ультрафиолетовому излучению, хорошей теплопроводности, высокому порогу повреждения (>500 МВт/см²) и простоте в обращении он заменит обычно используемые LiF и красители в области пассивных модулей добротности и станет отличным выбором для 1 мкм Nd-легированных лазеров.