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
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斜方晶系,空间群Pna21,点群mm2
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晶格参数
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a=6.404?, b=10.616?, c=12.814?, Z=8
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熔点
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About 1172°C
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莫斯硬度
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5
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密度
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3.01 g/cm3
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导热系数
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13W/m/K
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热膨胀系数
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axayaz=0.6x10-6/0C =9x10-6/0C, =11x10-6/0C,
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光学和非线性光学性能
可透波段范围
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350~4500nm
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SHG相位匹配范围
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497 ~ 1800nm (Type II)
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热光系数(/°C)
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dnx/dT=1.1X10-5
dny/dT=1.3X10-5 dnz/dT=1.6X10-5 |
吸收系数
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<0.1%/cm at 1064nm <1%/cm at 532nm
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For Type II SHG of a Nd:YAG laser at 1064nm
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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
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deff(II)? (d24 - d15)sin2fsin2q - (d15sin2f + d24cos2f)sinq
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Non-vanished 非线性磁化系数
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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)
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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
表1.电光调节器
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Phase
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Amplitudee |
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材料
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e
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N
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R(pm/V)
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k(10-6/°C)
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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
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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
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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
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r (pm/V)
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N
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eeff(e11e33)1/233)1/2 |
n3r/eeff (pm/V)
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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
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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)