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BBO晶体

    BBO晶体可透过波段范围宽(190—3500nm),具有高损伤域值,光学均匀性好,是一种性能良好的非线性晶体,可以广泛地应用在染料激光器,超快脉冲激光器,钛蓝宝石,氩离子激光器以及铜蒸汽激光器等不同类型的激光系统,另外BBO晶体的OPO和OPA系统可用来产生从紫外到红外的大范围可调相干光辐射。


  • 产品参数

    BBO晶体可透过波段范围宽(190—3500nm),具有高损伤域值,光学均匀性好,是一种性能良好的非线性晶体,可以广泛地应用在染料激光器,超快脉冲激光器,钛蓝宝石,氩离子激光器以及铜蒸汽激光器等不同类型的激光系统,另外BBO晶体的OPO和OPA系统可用来产生从紫外到红外的大范围可调相干光辐射。


BBO晶体的主要优点:

      •   可实现相位匹配的波段范围宽(409.6-3500nm);

      •   可透过波段范围宽(190-3500nm);

      •   倍频转换效率高(相当于KDP晶体的6倍);

      •   光学均匀性好(δn≈10-6/cm);

      •   高损伤阈值(100ps脉宽的1064nm10GW/cm2);

      •   温度接收角宽(55℃左右)。


BBO晶体的主要应用:
      •   Nd:YAG和Nd:YLF激光的二、三、四、五倍频;

      •   染料激光的倍频,三倍频和混频;

      •   Ti:Sapphire和Alexandrite激光的二、三、四倍频;

      •   光学参量放大器(OPA)与光学参量振荡器(OPO);

      •   氩离子,红宝石和Cu蒸汽激光器的倍频;

      •   在全固态可调激光,超快脉冲激光,深紫外激光等高、精、尖激光技术领域的研发领域。


BBO晶体的主要性能:

      BBO 是一种负单轴晶体,它的o-ray折射系数(no)要比e-ray(ne)折射系数大,可通过Sellmeier方程来计算(λ in μm):

                               no2=2.7359+0.01878 / (λ2-0.01822) -0.01354 λ2

                               ne2=2.3753+0.01224 / (λ2-0.01667) -0.01516 λ2

     通过角度调谐可获得I、II类的相位匹配。

     BBO晶体有效倍频系数由下列方程式得出:

                              I类: deff=d31sinθ+(d11cos3φ-d22sin3φ)cosθ

                             II类: deff=(d11sin3φ+d22cos3φ)cos2θ

     θ 和φ分别指向极坐标中的z(=c)和x(=a)

 

表1. BBO晶体的结构和物理特性

晶体结构

三方晶系,空间群 R3c

晶格参数

a=b=12.532Å, c=12.717Å, Z=6

熔点

1095℃附近

相变点

925±5℃

光学均匀性

δn≈10-6/cm

莫氏(Mohs)硬度

4

密度

3.85 g/cm3

吸收系数

<0.1%/cm(at 1064nm)

比热

1.91J/cm3 xK

潮解性

热膨胀系数

α11=4 x 10-6/K; α33=36x 10-6/K

热导率

1.2W/m/K(⊥c); 1.6W/m/K(∥c)

 

表2. BBO晶体线性光学特性 

透光范围

190-3500nm

折射系数

@ 1064 nm

@532 nm

@ 266 nm

ne=1.5425,no=1.6551

ne=1.5555,no=1.6749

ne=1.6146,no=1.75711

热光系数

dno/dT=-16.6x 10-6/℃

dne/dT=-9.3x 10-6/℃

 

表3. BBO晶体非线性光学特性

相位匹配输出波长

190-1750nm

非线性光学系数

d11=5.8 x d36(KDP)

d31=0.05 x d11

d22<0.05 x d11

光电系数

γ22=2.7pm/V

半波电压

7KV (at 1064 nm,3x3x20mm3)

损伤阈值

@1064nm

@ 532nm

0.5GW/cm2 (10ns, 10HZ, AR-coated)

0.3GW/cm2 (10ns, 10HZ, AR-coated)


最佳BBO晶体形状和切割

我们会根据客户的要求和具体使用情况,来选择最合适的BBO晶体形状和尺寸,以达到最佳的转换效率。


1.Nd:YAG激光谐波效果

1064nm

Type I, 4x4x7mm,22.8°-cut

532nm

Type I, 4x4x7mm,31.3°-cut 
Type II, 4x4x7mm,38.6°-cut

355nm

Type I, 4x4x7mm,47.68°-cut

266nm

Type I, 4x4x7mm,51.1°-cut

213nm

2.Nd:YAG激光谐波泵浦的OPO和OPA

532nm

Type I, 4x4x12-15mm,21°-cut

680-2600nm

355nm

Type I, 6x4x12-15mm,30°-cut
Type II, 7x4x15-20mm,37°-cut

410-2600nm

266nm

Type I, 6x4x12-15mm,39°-cut

295-2600nm

3.染料激光倍频

670-530nm

Type I, 6x4x7mm,40°-cut

335-265nm

600-440nm

Type I, 8x4x7mm,55°-cut

300-220nm

444-410nm

Type I, 8x4x7mm,80°-cut

222-205nm

4.钛宝石激光谐波

700-1000nm

Type I, 7x4x7mm,28°-cut

350-500nm

Type I, 8x4x7mm,42°-cut

240-330nm

Type I, 8x4x7mm,66°-cut

210-240nm

5.Alexandrite激光二、三倍频

720-800nm

Type I, 4x4x7mm,31°-cut

360-400nm

Type I, 7x4x7mm,48°-cut

240-265nm

6.Brewster斜切BBO的氩离子激光腔内倍频

514nm

Type I, 4x4x7mm,51°B-cut

257nm

488nm

Type I, 4x4x7mm,55°B-cut

244nm

7.铜蒸气激光倍频

510nm

Type I, 4x4x7mm,50°-cut

255nm

578nm

Type I, 4x4x7mm,42°-cut

289nm

 

BBO晶体镀膜:


1. 防护镀膜(P-coating)
 由于BBO具有较低的潮解性,因此潮湿的空气易使抛光的BBO晶体表面变得模糊。我们使用了一种有效的防护镀膜(P-coating)来防止晶体受潮。此产品具有如下特点:
   •   使用寿命长
    95%湿度下可使用至少6个月,较低湿度(如80%)下的使用寿命更长。
   •   高损伤阈值
   1064nm波长,30ps脉冲宽度,大于7GW/cm2 ;1064nm波长,10ns脉冲宽度,重复率10Hz,0.5GW/cm
   •   传输效果好
    在200 nm-3500 nm波长范围内,镀膜晶体的传输效果优于未镀膜的晶体。


2. 防反射镀膜 (AR-coating)
   我们提供1064nm和532nm波的单频和双频防反射镀膜BBO。双频防反射镀膜具有低反射比(1064nm波小于0.2%,532nm波小于0.4%),高损伤阈值, 防潮,使用寿命长的特点。我们还提供其他波长的防反射镀膜。


BBO晶体的品质保证规范:
       •   波前畸变 : 小于 λ/8 @ 633nm
       •  尺寸公差 : (W±0.1mm)x(H±0.1mm)x(L+0.5mm/-0.1mm)(L≥2.5mm)

                           (W±0.1mm)x(H±0.1mm)x(L+0.1mm/-0.1mm)(L<2.5mm)

      •   通光孔径: 大于 90% 中央直径
      •   平面度: λ/8 @ 633nm
      •   光洁度 : 10/5 to MIL-PRF-13830B
      •   平行度 : 优于20秒
      •   垂直度 : 5 分
      •   角度偏差 : △θ≤0.25°,△φ≤0.25°
      •   品质保证期: 一年内正常使用。

备注:
      •   BBO晶体的潮解性较低,建议用户在干燥的环境中使用和保存晶体。
      •   勿损伤晶体抛光面。
      •   BBO的接收角较小,请小心调节角度。
      •   客户如需定制BBO晶体,请提供激光器的主要性能参数,如脉冲能量,脉冲宽度,脉冲重复频率,连续光功率,光束直径,模式条件,发散角,可调波长范围等。


BBO晶体应用于可调谐激光:

1. 染料激光

 用I类BBO可输出二次谐波效率超过10%,波长大于206nm的紫外线(205nm-310nm)。用150KW染料激光器泵浦的XeCl激光可获得36%的转换率,是ADP的4-6倍。最短204.97nmSHG波长光得到的转换率约为1%。

BBO广泛应用于染料激光器中。用BBO将780-950nm和248.5nm光(495nm染料激光的SHG输出)进行I类和频,可输出从188.9nm-197nm的最短紫外光,其中193nm激光的脉冲能量为95mJ,189nm激光的脉冲能量为8mJ。

 

2. 超快脉冲激光

在超快脉冲激光的二、三倍频中,BBO的性能要大大优于KDP和ADP。目前,可提供的BBO晶体最小厚度为0.01mm。在相速度匹配和群速度匹配方面,用一个小型BBO晶体可达到10fs激光脉冲的有效倍频。

 

3. 钛宝石激光和Alexandrite激光

 使用BBO晶体的Alexandrite激光的I类二次谐波可输出波长范围360nm-390nm的紫外光,其中378nm波长激光的脉冲能量为105mJ(31%的二次谐波转换率),三次谐波可输出波长范围244nm-259nm,脉冲能量7.5mJ(24%的混频转换率)的紫外光。

钛宝石激光可获得大于50%的二次谐波转换效率,以及更高的三次和四次谐波转换效率。

 

4.  氩离子激光和铜蒸气激光

在应用腔内倍频技术的全线功率为2W的氩离子激光中,Brewster斜切BBO晶体可获得波长范围在228.9nm-257.2nm的36线深紫外光,最大功率33mW(波长250.4nm)。

5106.nm的铜蒸气激光的二次谐波输出的紫外线功率可达230mW(波长255.3nm),最大能量转换率为8.9%。

 

BBO晶体在OPO和OPA中的应用:

BBO在OPO和OPA中的功能非常强,可产生从紫外线到红外线的一系列可调谐激光。图1和图2分别是I类和II类BBO在OPO、OPA中的调谐角度的计算结果。

  

                   


                     图1. I类OPO调谐曲线                             图2. II类OPO调谐曲线

 

1. 532nm泵浦OPO

一个7.2mm长的I类BBO晶体可获得波长范围680 nm-2400nm的OPO输出,峰值功率1.6MW,能量转换率可达30%。输入泵浦能量为532nm波长40mJ,脉冲宽度为75ps。较长的BBO晶体可获得更高的能量转换率。

 

2. 355nm泵浦OPO和OPA

    用Nd:YAG激光泵浦,使用BBO的OPO的输出能量超过100mJ,波长范围400nm-2000nm。使用福晶BBO晶体的OPO系统输出的可调谐波长范围在400nm-3100nm,确保了波长430nm-2000nm部分的能量转换率在18%-30%之间。

II类BBO可用来减小线宽。我们用BBO获得了0.05nm的线宽和12%的转换率。但是,在II类相位匹配中,一个较长的BBO晶体(>15mm)通常被用来减小起振阈值。

用一个355nm波长的皮秒Nd:YAG激光来泵浦使用BBO的OPA获得的脉冲具有窄带(<0.3nm),能量高(>200μJ)和可调谐性宽(400nm-2000nm)的特点。这种OPA可获得超过50%的最大能量转换率,因此在很多方面都比通常的染料激光性能优越,如转换率高,可调谐 范围宽,易维护,设计简单,操作简便等。 另外,使用BBO的OPO或二次谐波BBO的OPA可获得205nm-3500nm范围的连续激光。

 

3. 其他

     对被308nm波长的XeCl准分子激光泵浦的I类BBO晶体进行角度调谐可获得一个信号波长范围422nm-477nm的可调OPO。用266nm波长的Nd:YAG激光的四次谐波对使用BBO的OPO泵浦可输出一个完整的330nm -1370nm的波长范围。

用615nm波长,1mJ,80fs的染料激光泵浦使用两块BBO晶体的OPA,可获得大于50μJ (最大130μJ)的能量,小于200fs的超短波脉冲, 800nm-2000nm的波长范围.

 



BBO晶体
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