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        • 产品名称: LBO
        • 产品编号: 101
        • 浏览次数: 11140

        三硼酸锂(LiB3O5
            三硼酸锂(LiB3O5 or LBO)是一种极佳的非线性光学晶体,由中国科学院物质结构研究所研究发明。该专利获国家知识产权局和世界知识产权组织颁发的1999年中国发明专利金奖。经专利权转让,现福晶公司独家享有生产,加工和销售LBO晶体的专利知识产权。 

        专利号:美国4,826,283日本2023845中国CN88102084.2

        LBO晶体的主要优点:

        * 可透光波段范围宽(160—2600nm)
        * 光学均匀性好,内部包络少
        * 倍频转换效率较高(相当于KDP晶体的3倍)
        * 高损伤域值(1.3ns脉宽的1053nm激光可达10GW/cm2)
        * 接收角度宽,离散角度小
        * I,II类非临界相位匹配(NCPM)的波段范围宽
        * 光谱非临界相位匹配(NCPM)接近1300nm

        LBO晶体的主要应用:

        . 二倍频方面:
        1. 医用与工业用途的Nd:YAG激光
        2. 科研与军事用途的高功率Nd:YAG与Nd:YLF激光
        3. Nd:YVO4,Nd:YAG和Nd:YLF激光的泵浦
        4. 红宝石,Ti:Sappire与Cr:LiSAF激光

        . 三倍频方面:
        1. Nd:YAG与Nd:YLF激光
        2. 光学参量放大器(OPA)与光学参量振荡器(OPO)
        3. 高功率1340nm的Nd:YAP激光的二,三倍频

        LBO晶体产品规格

        * 严格的质量控制
        * 可提供晶体尺寸达到30X30X30mm3,最大长度60mm
        * 可提供晶体的防反射镀膜(增透膜)和重抛镀业务,并可提供温控炉及支架
        * 备货充足
        * 快速发货

        LBO晶体的生长和结构

            我司采用熔盐提拉法生长工艺生产三硼酸锂(LBO)晶体。LBO是一种点群mm2的斜方晶体,由连续的网状B3O7分子群组成,并有锂离子填充在分子间隙。B3O7分子群紧凑的结构使得LBO晶体难以包含任何杂质。表1是LBO晶体的部分物理和化学特性。

        表1 LBO晶体的物理和化学特性

         

        晶体结构 斜方晶系, 空间群Pna21, 点群mm2
        晶格参数 a=8.4473A,b=7.3788A,c=5.1395A,Z=2
        熔点 约834℃
        莫氏(Mohs)硬度
        密度 2.47g/cm3
        热膨胀系数 αx=10.8x10-5/K, αy=-8.8x10-5/K,αz=3.4x10-5/K
        吸收系数 <0.1%/cm at 1064nm

        LBO晶体的光学及非线性光学特性

        LBO 属负双轴晶体, 主轴X,Y,Z (nz>ny>nx) 分别与结晶轴a,c,b平行。 表2. 给出了LBO晶体在不同波长下的折射系数。折射系数与波长的关系可用塞米尔(Selleimer) 方程式表示如下(λ表示μm):
        n2x=2.454140+0.011249/(λ2-0.011350)-0.014591λ2-6.60×10-5λ4
        n2y=2.539070+0.012711/(λ2-0.012523)-0.018540λ2+2.00×10-4λ4
        n2z=2.586179+0.013099/(λ2-0.011893)-0.017968λ2-2.26×10-4λ4


        在1.064um光下,LBO晶体的有效SHG系数是KDP的3倍. 点群mm2的LBO晶体的非零非线性(光学)极化率 计算如下:

        表2. LBO晶体主要折射系数

         

        d31=1.05±0.09pm/V
         d32=-0.98±0.09pm/V
         d33=0.05±0.006pm/V
        表2. 主要折射系数
        波长(nm)
        nx
        ny
        nz
        1064
        1.5656
        1.5905
        1.6055
        532
        1.5785
        1.6065
        1.6212
        355
        1.5973
        1.6286
        1.6444

        LBO的光损伤阈值是常用无机非线性光学晶体中最高的。因此,它是高功率二次谐波发生器和其他非线性光学应用的最佳选择。表3将LBO与其他常用晶体在1.3ns 1053nm Nd:YLF激光下的光损伤阈值进行了比较。

        表3. LBO晶体1053nm光损伤阈值
        晶体能量密度(J/cm2)及功率密度(GW/cm2) 比率

         

         
         
        表3. 1053nm光损伤阈值
        晶体
        能量密度 (J/cm2)
        功率密度(GW/cm2)
        比率
        KTP
        KDP
        BBO
        LBO
        6.0
        10.9
        12.9
        24.6
        4.6
        8.4
        9.9
        18.9
        1.00
        1.83
        2.15
        4.10

        室温下LBO的SHG 及THG特性
        LBO 可用于Nd:YAG和Nd:YLF激光二、三倍频的相位匹配,I类、II类匹配皆可。在室温下,二次谐波可达到I类匹配,在551nm至3000nm的较大波长范围内,最大的有效倍频系数在XY和XZ面上(见图1)为:

        deff(I)=d32cosφ ----(in XY plane)
        deff(I)=d31cos2θ+d32sin2θ ----(in XZ plane)


        LBO晶体最佳II类匹配的有效倍频系数在YZ和XZ面上(见图1)为:
        deff(II)=d31cosθ ----(in YZ plane)
        deff(II)=d31cos2θ+d32sin2θ ----(in XZ plane)


        使用LBO的Nd:YAG激光在脉冲模式下获得的二次谐波转换率大于70%,三次谐波转换率大于60%,在连续模式下获得的二次谐波转换率大于30%。

        LBO晶体应用:

        • 对2W锁模钛宝石激光(<2ps, 82MHz)倍频可输出功率大于480mW的395nm波长激光,利用5x3x8 mm3 尺寸的LBO晶体可获得的波长范围在700-900nm。
        • 使用II类18mmLBO晶体的调Q Nd:YAG激光倍频可得到功率大于80W的绿色光。
        • 使用9mmLBO晶体的泵浦Nd:YLF激光(>500μJ @1047nm,<7ns,0-10KHz)倍频转换率大于40%。
        • 利用LBO晶体和频效应可获得187.7nm波长的真空紫外光。
        • 对调QNd:YAG激光进行腔内三倍频可获得输出脉冲能量2mJ的衍射极限光束。


        LBO晶体非临界相位匹配

        LBO晶体的非临界相位匹配具有无离散、接受角度宽、有效系数大的特点,充分利用这一特性可使LBO发挥最佳功效。 使用LBO的Nd:YAG激光在脉冲模式下获得的二次谐波转换率大于70%,在连续模式下获得的二次谐波转换率大于30%,且光束质量好,输出稳定。

         

        Table 4. 1064nm光 I 类NCPM SHG特性
        NCPM 温度
        接受角
        离散角
        温度线宽

        有效SHG系数 
        148℃
        52 mrad-cm1/2
        0
        4℃-cm
        2.69d36(KDP)

        如图2所示,室温下LBO晶体可在X轴和Z轴方向分别获得I类和II类非临界相位匹配。而且,NCPM频率有可能在X轴或Z轴方向上使波长同时加倍。

        图2还给出了LBO晶体在900nm-1700nm较宽基波范围内的温度调谐NCPM测量结果。Nd:YAG1064nm激光NCPM SHG特性在表4列出.

        LBO晶体应用:
        • 对25W Antares锁模Nd:YAG激光(76MHz,80ps)腔外倍频可获得平均功率大于11W的532nm激光。
        • 医用多模调QNd:YAG激光倍频可输出20W的绿色光,输入功率越大输出功率越高。
        • LBO 能达到1300nm波长的温度调谐NCPM 和较大带宽的波谱NCPM。1300nm的Nd激光倍频输出红色光的性能较好。


        采用LBO的OPO与OPA

        LBO应用在OPO和OPA中具有较宽的调谐波长范围和较高功率的特点,是一种性能优异的非线性光学晶体。现已有应用308nmNd:YAG激光和XeC1受激准分子激光二、三倍频泵浦的光学参量放大器(OPA)和光学参量振荡器(OPO)的报道。LBO I, II类相位匹配及NCPM的特性为其在OPO和OPA领域的深入研究和应用提供了广阔的空间。图3提供了在室温下XY面上Nd:YAG激光二、三、四倍频泵浦的LBOI类OPO调谐曲线。图4是在YZ面和XZ面由Nd:YAG激光二、三倍频泵浦的LBOII类OPO调谐曲线。

        应用:
        • OPO可由355nm波长光实现相当好的转换效率以及输出540-1030nm范围的波长。
        • 有报道I类LBO晶体OPA可由355nm波长光实现30%pump-to-signal 能量转换率。
        •   II类NCPM  LBO晶体OPO可由308nmXeC1 受激准分子激光泵浦实现16.5%的能量转换率,根据不同的泵源和温度调谐可获得一定范围内的波长调谐。

        •   利用NCPM技术, I类LBO晶体OPA可在106.5℃-148.5℃温度下由532nm波长Nd:YAG激光倍频泵浦输出从750nm-1800nm的可调范围波长。
        • 以II类的NCPM LBO 作为光学参量发生器(OPG),I类临界相位BBO作为光学参量放大器(OPA),用4.8mJ, 30ps,354.7nm波长的激光泵浦,可获得较窄的线宽(0.15nm) 和较高的pump-to-signal 能量转换率(32.7%) 。通过提高LBO的温度和旋转BBO可得到波长从482.6nm-415.9nm 的光。


        LBO晶体防反射镀膜(增透膜):

        我司供应下列特性的防反射镀膜
        > Nd:YAG激光倍频LBO双频反射镀膜(DBAR)
        > 低反射(1064nm波长 R<0.2%,532nm波长 R<0.5% )
        > 高光损伤阈值(双波段>500MW/cm2)
        > 功效长
        > 可调激光倍频LBO宽频防反射镀膜(BBAR)
        > 提供规格可定制的其他镀膜

        LBO 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+0.2/-0.1mm)
        • 通光孔径:  90% 中央直径
        • 50mW绿光检测无可见散射路径
        • 平面度:λ/8 @ 633nm
        • 划痕/Dig code: 10/5 to MIL-PRF-13830B
        • 平行度: 优于20 arc seconds
        • 垂直度: 5 arc minutes
        • 角度偏差:△θ≤0.25°,△φ≤±0.25°
        • 损伤阈值(GW/cm2):  >10 for 1064nm, TEM00, 10ns, 10HZ (polished only)
                                                   >1 for 1064nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
                                                   >0.5 for 532nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)

        • 品质保证期: 一年内正常使用。

        备注

        1. LBO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。
        2. 勿损伤LBO晶体抛光面。
        3. 客户如需定制LBO晶体,请提供激光器的主要性能参数,如脉冲能量,脉冲宽度,脉冲光重复频率率,连续光功率,光束直径,模式条件,发散角,可调波长范围等。