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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 | 低 |
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 | 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 | 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/cm2 。
• 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.
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