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        • 产品名称: BBO
        • 产品编号: 104
        • 浏览次数: 13526

        β相偏硼酸钡晶体(β-BaB2O4)

        BBO(β相偏硼酸钡晶体,β-BaB2O4)是由中国科学院物质结构研究首次发现和研制的新型紫外倍频晶体,由福晶公司进行生产和销售.福晶公司享有熔盐法生产BBO晶体的专利知识产权。

        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
        * 高损伤阈值(100ps脉宽的1064nm10GW/cm^2)
        * 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:Sappire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  

        服务项目
        作为最早的BBO晶体供应商,福晶公司以雄厚的实力长期提供以下服务:
        *  严格的质量控制
        *  可提供晶体长度从0.02mm--25mm,尺寸可达到15X15X15mm.
        *  可提供晶体的镀膜(保护膜,增透膜)和重抛镀业务,并可提供支架
        *  最有力的技术支持
        *  无可争议的价格和数量折扣
        *  备货充足
        *  可在2周内发货


          为了支持最先进激光技术领域的研发,福晶还提供全固体可调激光器、超快脉冲激光器、DUV激光器等BBO设备。

        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Selleimer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)
        BBO晶体的结构和物理特性:

         

        晶体结构 三方晶系,空间群 R3c
        单孢参数 a=b=12.532A,c=12.717A,Z=7
        熔点 1095±5℃
        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 a,4 x 10-6/K;c, 36x 10-6/K
        热导率 ⊥c,1.2W/m/K; //c, 1.6W/m/K

        BBO晶体线性光学特性

        透光范围 189-3500nm
        折射系数
        at 1064 nm
        at 532 nm
        at 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/℃

        BBO晶体非线性光学特性:

        相位匹配输出波长 189-1750nm
        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,3x3x20mm)
        损伤阈值
        at 1064nm
        at 532nm
        0.5GW/cm2 (10ns, 10HZ, AR-coated)
        0.3GW/cm2 (10ns, 10HZ, AR-coated)


        BBO晶体在Nd:YAG激光器中的应用
        BBO晶体在Nd:YAG激光二、三、四倍频上的性能优异,是213nm光五倍频的最佳选择。二倍频的转换效率大于70%,三倍频60%,四倍频50%,213nm光五倍频的输出功率可达200mW。表1是Nd:YAG激光下BBO和KD*P的性能比较。表2是BBO从二倍频到五倍频的基本非线性光学特性比较。

        BBO对高功率Nd:YAG激光腔内倍频的效果也非常理想。使用福晶防反射镀膜BBO的声光调QNd:YAG激光器腔内倍频可获得15W平均功率的532nm光。 使用600mW倍频输出的锁模Nd:YLF激光器泵浦,Brewster斜角BBO腔外倍频可输出66mW的266nm的光。

        表 1. BBO and KD*P的谐波效果比较
        晶体 1w(mJ) SHG(mJ) THG(mJ) 4HG(mJ) 5HG(mJ)
        BBO 220 105 39 18.5 5
        600 350 140 70 20
        KD*P 600 270 112.5 45 /
        表 2. I BBO 晶体的NLO特性
           SHG THG 4HG 5HG
        有效NLO系数 (d36(KDP)) 5.3 4.9 3.8 3.4
        接受角(mrad-cm) 1.0 0.5 0.3 0.2
        走离角 (degree) 3.2 4.1 4.9 5.5

        由于BBO具有较小的接受角和较大的走离角,因此获得理想的转换效率的关键是使用较好质量的基频光(具有小的发散角,较好的模式条件等)。我们不推荐对基频光光束进行聚焦。

        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XeC1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%。

        福晶生产的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,福晶可提供的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5和图6分别是I类和II类BBO在OPO、OPA中的调谐角度的计算结果。

        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.

        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。

        我们生产的BBO设备能够很好地体现晶体的切割方向和尺寸特征。方向完全由非线性光学过程来决定,例如,对1064nm波的I类倍频,BBO的切割角为θ=22.8°,φ=0°。晶体尺寸通过三维尺寸来描述,如W x H x L(mm3)。为了选择一个最合适的宽度(W),应该首先考虑影响晶体的光束直径和波长可调谐范围。 最佳的晶体高度(H)应该比光束直径稍大(如1-2mm)。虽然BBO晶体通常的设计长度(L)为7mm,但是根据使用情况来选择最佳值仍为上策。 例如,OPO或OPA使用的晶体长度为12mm,而超短波脉冲激光的二次、三次谐波需要的晶体长度不超过1mm。

        我们对不同的应用情况推荐相对应的晶体尺寸和切割,列表如下(假定光束直径对晶体的影响为φ2mm- φ3mm):


        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/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±0.2mm/-0.1mm)
        * 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

        1.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。
        2.勿损伤晶体抛光面。
        3.BBO的接收角较小,请小心调节角度。
        4.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。