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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
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晶体结构 |
斜方晶系,空间群Pna21,点群mm2 |
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晶格参数 |
a=6.404Å, b=10.616Å, c=12.814Å, Z=8 |
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熔点 |
About 1172°C |
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莫氏硬度 |
5 |
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密度 |
3.01 g/cm3 |
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导热系数 |
13W/m/K |
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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
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可透波段范围 |
350~4500nm |
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SHG相位匹配范围 |
497 ~ 1800nm (Type II) |
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热光系数(/°C) |
dnx/dT=1.1X10-5 |
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吸收系数 |
<0.1%/cm at 1064nm <1%/cm at 532nm |
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For Type II SHG of a Nd:YAG laser at 1064nm |
温度接收: 24°C·cm |
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非线性系数 |
deff(II)≈(d24 - d15)sin2φsin2θ - (d15sin2φ+ d24cos2φ)sinθ |
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Non-vanished 非线性磁化系数 |
d31=6.5 pm/V d24=7.6 pm/V |
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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
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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
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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
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