磷酸钛氧钾（KTiOPO4，简称KTP）

KTP(KTiOPO4)在商业和军用激光里被广泛使用，包括实验室和医学系统, 射程探测器，激光雷达，光通信和工业激光系统。
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磷酸钛氧钾（KTiOPO4，简称KTP）

磷酸钛氧钾(KTP)
KTP(KTiOPO4)在商业和军用激光里被广泛使用，包括实验室和医学系统, 射程探测器，激光雷达，光通信和工业激光系统。 

KTP晶体特点:
非线性光学系数大
接收角大，走离角小
宽的温度和光谱带宽
光电系数高和介电常数低
抗阻比值大
不吸水,化学、机械性能稳定性

 

基本属性

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=6.404?, b=10.616?, c=12.814?, Z=8
熔点
About 1172°C
莫斯硬度  
5
密度
3.01 g/cm3
导热系数
13W/m/K
热膨胀系数
axayaz=0.6x10-6/0C =9x10-6/0C, =11x10-6/0C,

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
dny/dT=1.3X10-5
dnz/dT=1.6X10-5
吸收系数
<0.1%/cm at 1064nm    <1%/cm at 532nm
For Type II SHG of a Nd:YAG laser at 1064nm
Temperature Acceptance: 24°C-cm
Spectral Acceptance: 0.56nm-cm
Angular Acceptance: 14.2mrad-cm (φ);55.3mrad-cm    (q)
Walk-off Angle: 0.55°
非线性系数
deff(II)? (d24 - d15)sin2fsin2q - (d15sin2f + d24cos2f)sinq
Non-vanished 非线性磁化系数
d31=6.5 pm/V           d24=7.6 pm/V
d32= 5 pm/V            d15=6.1 pm/V
d33=13.7 pm/V
 Sellmeier 方程  
(l in μm)
nx2=3.0065+0.03901/(l 2-0.04251)-0.01327l2
ny2=3.0333+0.04154/(l 2-0.04547)-0.01408l 2
nz2=3.3134+0.05694/(l 2-0.05658)-0.01682l 2

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2x2x5mm KTP 和3x3x1mm2% 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 pumped 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1064nmNd: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, 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1是KTP与其他E-O模块材料的对比：

表1.电光调节器

 
 
 
   
Phase
 
 
 Amplitudee
 
材料
e
N
R(pm/V)
k(10-6/°C)
 N7r2/e(pm/V)2 r(pm/V) k(10-6/°C)°C) n7r2/e(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1，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2给出了KTP与其他光波导材料的对比。

表1.电光光波导材料
 

材料
r (pm/V)
N
 eeff(e11e33)1/233)1/2
n3r/eeff (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

 

增透膜:
1. AR-(1064/532)nm. R<0.2% at 1064nm and R<0.5% at 532nm nm
　 损伤阈值>300MW/cm2@1064,532nm0MW/cm2@1064,532nm
2. 宽带增透膜
3. HR1064nm&HT532nm, R>99.8%@1064nm, T>90%@532nm.

KTP产品其他标准
尺寸公差: (宽±0.1mm)x(高±0.1mm)x(长+0.5/-0.1mm)(长度≥2.5mm)
(宽±0.1mm)x(高±0.1mm)x(长+0.1/-0.1mm) (长度<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/cm ]: >0.5 for 1064nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
>0.3 for 532nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
 

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