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KTP 晶体 - 磷酸钛氧钾
- 磷酸钛氧钾(KTiOPO4,KTP)是一种性能优良的二倍频晶体,广泛应用于商业和军用激光中,包括实验室,医学系统,射程探测器,激光雷达,光通信和工业激光系统。
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福晶公司的KTP晶体特点:
• 非线性光学系数大;
• 接收角大,离散角小;
• 温度范围和光谱范围宽;
• 光电系数高,介电常数低;
• 抗阻比值大;
• 不吸水,化学、机械性能稳定性。
本公司可提供:
• 严格的质量控制;
• 高品质晶体,最大尺寸20x20x40mm3 ,最大长度为60mm;
• 交货迅速(抛光需2周,镀膜需3周);
• 合理的价格和数量折扣;
• 技术支持;
• 镀增透膜,可提供装支架及重抛光服务。
基本属性:
表1. 化学和结构性能
晶体结构 |
斜方晶系,空间群Pna21,点群mm2 |
晶格参数 |
a=6.404Å, b=10.616Å, c=12.814Å, Z=8 |
熔点 |
About 1172°C |
莫氏硬度 |
5 |
密度 |
3.01 g/cm3 |
导热系数 |
13W/m/K |
热膨胀系数 |
ax=11x10-6/℃, ay=9x10-6/℃, az=0.6x10-6/℃ |
表2. 光学和非线性光学性能
可透波段范围 |
350~4500nm |
SHG相位匹配范围 |
497 ~ 1800nm (Type II) |
热光系数(/°C) |
dnx/dT=1.1X10-5 |
吸收系数 |
<0.1%/cm at 1064nm <1%/cm at 532nm |
For Type II SHG of a Nd:YAG laser at 1064nm |
温度接收: 24°C·cm |
非线性系数 |
deff(II)≈(d24 - d15)sin2φsin2θ - (d15sin2φ+ d24cos2φ)sinθ |
Non-vanished 非线性磁化系数 |
d31=6.5 pm/V d24=7.6 pm/V |
Sellmeier 方程 (λ in μm) |
nx2=3.0065+0.03901/(λ2-0.04251)-0.01327λ2 |
掺钕激光的倍频、混频应用:
KTP最常用于倍频Nd:YAG及其他掺Nd晶体的激光,特别是在中低功率密度的激光器中。到目前为止,利用KTP进行腔内与腔外倍频的掺Nd晶体的激光器,在逐步取代可见光染料激光和可调蓝宝石激光器。在许多的工业研究中,该种激光器被广泛用做绿光光源。
• 由15W的二极管泵浦的0.5%Nd:YVO4与KTP晶体,可获得的8W 绿光输出;
• 使用本公司的2x2x5mm3 KTP 和3x3x1mm3 2% Nd:YVO4的晶体,可将1W二极管泵浦光转化成200mW的绿光输出;
• 2-5mw绿光输出可从180mw LD 泵浦 Nd:YVO4 和 KTP胶合晶体中获得。
KTP也正用于腔内810nm二极管泵浦光和1064nm Nd:YAG激光混频产生蓝光, 和Nd:YAG激光器或Nd:YAP激光器的1300nm光进行腔内倍频。
图1. II类KTP在XY平面内倍频
图2. II类KTP在XZ平面内倍频
光学参量放大、振荡(OPO and OPA)应用:
如图3,图4中所示,由于KTP的二次谐波效应和光学参量放大性能,其在可调Nd离子激光器中的输出波长调节(从可见光--600nm,到中远红外--4500nm)中起到核心组件的作用。
通常情况下,KTP可以在高重复频率和mW平均功率级别的条件下,提供fs级别的稳定、连续脉冲输出。使用KTP进行光学参量放大,可以将Nd:YAG激光器1064nm泵浦光转换成2120nm光,转换效率能达到66%左右。
图3. XZ平面内(532nm泵浦)OPO
图4. XY平面内(532nm泵浦)OPO
KTP晶体还有一种新用途,就是用非临界相位匹配的KTP晶体去放大X切的KTP晶体产生的泵浦光。如图5所示,泵浦波长范围从700nm到1000nm,而输出波长则从1040nm到1450nm(信号波)与2150nm 到3200nm(空闲波)。从而产生了高质量的窄波段光束,其转换效率为45%左右。
图5. II类KTP非临界相位匹配
除了其非线性特性外,KTP也因其绝缘特性使其被广泛运用于E-O方面,特别是作为可调E-O器件。表3是KTP与其他E-O模块材料的对比:
表3. 电光调节器
材料 |
Phase |
Amplitude |
||||||
ε |
N |
R(pm/V) |
k(10-6/°C) |
N7r2/ε(pm/V)2 |
r(pm/V) |
k(10-6/°C) |
n7r2/ε(pm/V)2 |
|
KTP LiNbO3 KD*P LiIO3 |
15.42 27.9 48.0 5.9 |
1.80 2.20 1.47 1.74 |
35.0 8.8 24.0 6.4 |
31 82 9 24 |
6130 7410 178 335 |
27.0 20.1 24.0 1.2 |
11.7 42 8 15 |
3650 3500 178 124 |
从表3,可以发现,KTP以其损伤阈值高,光学透过波段宽(>15GHZ),热、化学性能稳定,低吸收等特点,相对LiNbO3晶体更适合于作E-O器件。
光波导应用:
在KTP基底上进行离子交换处理,可得到低吸收的光波导器件。这项技术使得KTP在集成光路方面获得了更多的应用。表4给出了KTP与其他光波导材料的对比。
表4.电光光波导材料
材料 |
r (pm/V) |
N |
εeff(ε11ε33)1/2 |
n3r/εeff (pm/V) |
KTP LiNbO3 KNbO3 BNN BN GaAs BaTiO3 |
35 29 25 56 56-1340 1.2 28 |
1.86 2.20 2.17 2.22 2.22 3.6 2.36 |
13 37 30 86 119-3400 14 373 |
17.3 8.3 9.2 7.1 5.1-0.14 4.0 1.0 |
福晶公司提供以下规格增透膜:
• AR-(1064/532)nm. R<0.2% @1064nm and R<0.5% ;高损伤阈值(>300MW/cm2 @1064,532nm)。
• 宽带增透膜。
• HR-1064nm & HT-532nm, R>99.8% @1064nm, T>90% @532nm。
规格指标:
• 尺寸公差:(W±0.1mm)x(H±0.1mm)x(L+0.5/-0.1mm)(L≥2.5mm)
(W±0.1mm)x(H±0.1mm)x(L+0.1/-0.1mm) (L<2.5mm)
• 通光孔径:中心90%
• 50mW绿光激光器下,晶体内部无可见光路
• 平面度:小于 λ/8 @ 633nm
• 波前畸变:小于λ/8 @ 633nm
• 倒边:≤0.2mm×@45°
• 崩边:≤0.1mm
• 表面光洁度:小于10/ 5(MIL-PRF-13830B)
• 通光面平行度:小于20"
• 侧面垂直度:≤5'
• 角度公差:△θ≤0.25°, △ф≤0.25°
• 损伤域值[GW/cm2 ]:>0.5 for 1064nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
>0.3 for 532nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
• 质量保质期:一年内正常使用