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KD*P | KDP 晶体 - 磷酸二氢钾 | 磷酸二氘钾

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DKDP
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DKDP2
DKDP
  • KD*P | KDP 晶体 - 磷酸二氢钾 | 磷酸二氘钾

  • 磷酸二氢钾(KDP)和磷酸二氘钾(DKDP)的非线性系数偏低,但由于其拥有优越的紫外透过,高损伤阈值,高双折射系数等特性,广泛应用于多种工业用途。这两种晶体通常被用于做Nd:YAG激光器的二、三、四倍频器件(室温条件下)。另外,它们具有高电光系数,故也被用于制作普克尔盒等。
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福晶公司的KDP & KD*P产品:

福晶公司提供高质量、大尺寸的KDP和KD*P晶体。因为其抛光面容易潮解,故建议在密封、干燥环境下使用。本公司可依照客户提供的激光系统要求,专门制作对应的晶体及密封支架。

基本特性:

  KDP KD*P
化学式 KH2PO4 KD2PO4
透射范围

200-1500nm

200-1600nm

非线性系数 d36=0.44pm/V d36=0.40pm/V
折射率(@1064nm) no=1.4938,ne=1.4599 no=1.4948,ne=1.4554
电光系数

r41=8.8pm/V

r63=10.3pm/V

r41=8.8pm/V

r63=25pm/V

纵向半波电压

Vπ=7.65KV(λ=546nm)

Vπ=2.98KV(λ=546nm)
吸收 0.07/cm 0.006/cm
损伤阈值 >5GW/cm2 >3GW/cm2
消光比   30dB
KDP的Sellmeier方程
no2=2.259276+0.01008956/(λ2-0.012942625)+13.00522λ2/(λ2-400)
ne2=2.132668+0.008637494/(λ2-0.012281043)+3.2279924λ2/(λ2-400)
KD*P的Sellmeier方程
no2=1.9575544+0.2901391λ2/(λ2-0.0281399)-0.02824391λ2+0.004977826λ4
ne2=1.5005779+0.6276034λ2/(λ2-0.0131558)-0.01054063λ2+0.002243821λ4

 

DKDP晶体

晶光璀璨 历久弥新

DKDP

 发展历史

DKDP是一种性能优良,兼具电光和非线性特性的晶体。作为一种典型的人工晶体,DKDP的生长和应用可以说是“历史悠久”,其发展历程还要从KDP(磷酸二氢钾晶体)说起。KDP晶体是最早受到人们重视的功能晶体之一,它的应用历史可以追溯到20世纪50年代,主要用于制造声呐和民用的压电换能器。20世纪60年代随着激光技术的出现,由于KDP晶体具有较大的非线性光学系数,较高的激光损伤阈值,宽的透过波段以及较高的电光系数,常被用于做Nd:YAG激光器的倍频材料和电光材料。随着激光功率的提高,人们发现KDP晶体的受激拉曼散射损伤严重且红外吸收太大,这个缺点在很大程度上制约了激光技术的发展。后来经过大量的研究发现受激拉曼散射与氢离子有很大的关系,于是人们尝试将KDP晶体氢原料经氘代替后,在重水溶液中生长晶体,新得到的晶体命名为DKDP。测试结果不出所料,DKDP晶体受激拉曼散射损伤大大减少,同时受同位素的影响DKDP晶体的红外吸收系数比KDP晶体降低了一个数量级。此外,DKDP晶体的激光透过波段更宽、电光系数更加优良、半波电压更低(参见表1),为此,DKDP晶体比KDP晶体更适合制作各种电光器件,这对激光应用有重要的实验价值和科学意义【1】

DKDP晶体的基本性质

磷酸二氘钾晶体(简称DKDP或KD*P)有两种晶型,通常生长和使用的是四方相,对称性类KDP型晶型。DKDP理想晶体外形为一个四方柱和四方双锥的聚合体,具有优良的非线性和电光性能,其半波电压低,线性电光系数大、透光波段宽,并且容易生长出高光学质量的大尺寸晶体【2】

 

鉴于DKDP的优良特性

其主要应用于两个方面

1. DKDP晶体作为电光晶体,用于制作电光调制器等。

2. DKDP晶体做为非线性晶体,用于制作大口径,高能量激光倍频器。

· 从紫外到近红外可透的优良电光材料:波段范围宽

当DKDP晶体作为电光晶体应用时,其工作原理基于一次电光效应。对DKDP晶体施加特定方向电场时,其折射率椭球将发生改变,由于此时晶体折射率分布的改变,o光与e光在DKDP晶体内部的传播速度不同,到达同一位置时两者存在一定相位差,且差值与施加在晶体上的电场强度有关,因此DKDP晶体可等效为一个相位延迟量可变的光学波片,从而实现对偏振光的调制。如图1为DKDP晶体腔内电光调Q的工作示意图。

图1 DKDP晶体腔内电光调Q示意图

DKDP晶体由于其优异的性能,被广泛应用于腔内调Q、高速光闸、脉冲选择、再生放大等。

福晶科技可根据客户使用条件设计和制作所需通光孔径,长度和应用波段(涵盖343-1600nm)的DKDP电光调制器产品。

图2 福晶科技DKDP电光调制器产品

· 用于制作大功率激光倍频器:传统材料新应用

近半个世纪以来,随着人工晶体研究的深入,各种新晶体材料不断涌现,DKDP晶体受到了巨大的挑战:LBO、BBO等晶体具有更大的非线性系数,更高的抗激光损伤阈值,从而逐步替代DKDP晶体在非线性领域的应用。

然而,随着惯性受约核聚变(ICF)技术的发展,因DKDP具有能生长出大口径(400mm以上)晶体的特点,综合考虑各种性能和生长条件,优质大尺寸的DKDP晶体成为目前ICF装置优选可用的非线性光学材料材料。目前美国、俄罗斯和中国都在大力研究高质量大尺寸DKDP晶体的生长技术来满足ICF工程的需求。因此大口径DKDP晶体的生长一跃成为了热门的前沿研究。

早在20世纪60年代,福建物质结构研究所的科技工作者就开始了KDP/DKDP类晶体的生长研究,并取得了丰硕的成果。自从福晶科技公司成立之初,DKDP晶体的商业化就由福晶科技实现。福晶科技在实现DKDP晶体批量稳定供货的同时不忘使命,勇攀技术高峰,于2002年生长出150mm*150mm口径的DKDP晶体,各项技术指标测试结果达到了课题目标,通过了福建省科委组织的“高质量、大口径DKDP晶体的研制”课题验收。福晶科技的科研团队并不止步于此,正视国内外大口径的DKDP晶体生长技术的差距,不断投入,致力于更大口径的DKDP晶体生长技术开发。

图3 福晶科技生长的DKDP晶体

 

 

攻克加工难点 

用工艺的积累与突破不断追求极致

DKDP晶体在实际的激光应用中,不论是是作为电光晶体亦或非线性晶体,不仅要求大尺寸,高内部质量,晶体产品的含氘量,加工指标和镀膜质量都是产品使用中优异光学性能和使用寿命的保证。

· 含氘量高   

由于氘替代氢,能有效减少DKDP的受激拉曼散射损伤,福晶科技生长的DKDP晶体,其氘含量根据客户需求可达到98%以上。

· 工艺与技艺要求高   

DKDP极易溶解于水加之软质易碎,莫氏硬度约2.5Mohs,这使得DKDP晶体切割、粗磨和抛光工艺过程极其困难,对工艺和人员技能要求非常高。尤其是电光应用中常使用的棒状产品,在加工过程中滚圆过程力道和监控不当,容易出现轴线和通光面法线偏离太大而影响光路调整。福晶科技经过多年技术积累,掌握了批量生产DKDP的加工工艺,能满足DKDP晶体应用所需的各项指标要求,对滚圆产品定向精度控制±0.5°以内,对于特殊要求可以控制于±0.15°范围。

表2 DKDP晶体加工常规指标

图4 福晶科技DKDP晶体滚圆技术

· 高品质镀膜技术  

DKDP晶体极易潮解且在100℃以上容易发生相变,导致晶体失效。而常规的晶体镀膜温度往往在200℃以上,因此如何另辟蹊径,在确保DKDP晶体不发生潮解与相变的同时,实现DKDP晶体上制备具有良好光谱特性(如高透过率)与机械性能(如附着力、膜层硬度),同时又具有良好抗激光损伤性能的光学薄膜,是一个亟待攻克的难题。福晶科技工程师团队经过多年潜心研究,开发出适合DKDP晶体的高透过膜层,从而使福晶科技成为市面上少有的掌握DKDP高品质镀膜技术的光电企业之一。

图5 DKDP晶体镀膜指标:AR-1064/(1040-1150)(630-660

 

在近半个多世纪里,众多的光学晶体不断推陈出新,而“元老级”的DKDP晶体却能经久不衰,历久弥新,主要就源于DKDP优良的光学特性,以及加工技术的不断优化。福晶科技有幸参与了DKDP发展的重要一环。

以上便是小编为大家简要介绍的关于福晶科技所生产的DKDP晶体历史和最新近况,如您有DKDP产品方面的需求和疑问,欢迎咨询我们的销售团队:

电话:+86-(0)591-83771604,83517265

邮 箱:sales@castech.com

 

【参考文献】

【1】张克从、张乐潓. 晶体生长科学与技术【M】. 科学出版社,1997.

【2】张克从. 近代晶体学基础【M】. 科学出版社,1987.

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