Didelio SHG efektyvumo netiesinė optika

Ličio triborato (LBO) kristalas

BBO kristalas (β-bario boratas, β-BaB₂O₄), trigoninis necentrosimetrinis netiesinis optinis kristalas, yra žinomas dėl to, kad generuoja 2–5 Nd:YAG lazerių harmonikas, kurių efektyvumas siekia iki 70 % (SHG, 532 nm), 60 % (THG, 355 nm), 50 % (FHG, 266 nm) ir rekordinę 200 mW galią esant 213 nm (FFHG). Jo puikūs našumai atsiranda dėl plataus skaidrumo diapazono (189–3500 nm), didelio netiesinio koeficiento (d₁₁ = 2,6 pm/V esant 1064 nm → 532 nm), mažo fotorefrakcijos intensyvumo ir nehigroskopiškumo, todėl jis yra labai svarbus UV litografijai, lazeriniam mikroapdirbimui ir medicininei optikai.

LBO kristalasLičio triborato kristalas (angl. Lithium Triborate Crystal), yra puikus netiesinis optinis kristalas. Jo cheminė formulė yra LiB₃O₅, todėl jis pasižymi plačiu skaidrumo diapazonu nuo 155 iki 3200 nm, todėl gali sąveikauti su įvairiais lazerio šaltiniais. Jis turi aukštą pažeidimo slenkstį, gali atlaikyti intensyvius lazerio spindulius nepabloginant našumo, o tai labai svarbu naudojant didelės galios lazerius. LBO kristalas taip pat pasižymi puikiu optiniu homogeniškumu. Jis plačiai naudojamas dažnio dvigubinimui, didelės maksimalios galios impulsinių lazerių trigubinimui ir optiniams parametriniams osciliatoriams. Dėl išskirtinių savybių jis yra esminis komponentas optinėse sistemose, tokiose kaip medicininiai lazeriai, lazeriniai ekranai ir optinis duomenų saugojimas.

KTP kristalas dažniausiai naudojamas kaip netiesiniai kristalai kietojo kūno Nd:YAG kristalų arba Nd:YVO4 kristalų lazerių dažnio dvigubinimui, nes pasižymi dideliais netiesiniais optiniais koeficientais, plačiu kampiniu pralaidumu ir mažu pasislinkimo kampu, plačiu temperatūros ir spektriniu pralaidumu. KTP kristalas taip pat pasižymi dideliu elektrooptiniu (EO) koeficientu, maža dielektrine konstanta ir dideliu kokybės koeficientu, todėl šios savybės leidžia jį plačiai naudoti ir elektrooptinėse srityse.

Periodiškai poliarizuotas kalio titanilo fosfato (PPKTP) kristalas yra feroelektrinis netiesinis kristalas su unikalia struktūra, kuri padeda efektyviai konvertuoti dažnį naudojant kvazi-fazės suderinimą (QPM). Kristalą sudaro kintamos sritys su priešingų orientacijų savaimine poliarizacija, leidžianti QPM ištaisyti fazės neatitikimą netiesinėse sąveikose. Kristalas tinka efektyviai konvertuoti bet kokį netiesinį procesą savo skaidrumo diapazone.

Ličio niobatas (LiNbO3) plačiai naudojamas kaip elektrooptinis moduliatorius ir Q jungiklis Nd:YAG, Nd:YLF ir Ti:Sapphire lazeriuose, taip pat kaip moduliatorius šviesolaidžiams ir kt. Skersinė moduliacija dažniausiai naudojama LiNbO3 kristalams. LiNbO3 kristalai taip pat plačiai naudojami kaip dažnio dvigubintojai bangos ilgiui >1 µm ir optiniams parametriniams osciliatoriams (OPO), kaupinamiems esant 1064 nm bangos ilgiui, taip pat kvazifazinio suderinimo (QPM) įrenginiuose.

Periodiškai poliarizuotas LN (PPLN) kristalas yra suformuojamas gaminant netiesinį optinį kristalą ličio niobatą (LN) į periodiškai atvirkštinės srities struktūrą, remiantis kvazifazės atitikimo teorija (QPM). Ši unikali konstrukcinė konstrukcija leidžia pasiekti specifines optines savybes, kurios yra labai svarbios netiesinėms optinėms reikmėms.

Kalio divandenilio fosfatas (KDP, KH₂PO₄) ir kalio dideuterio fosfatas (KDP, KD₂PO₄) yra tetragoniniai netiesiniai optiniai kristalai, plačiai naudojami antros (532 nm, 60 % efektyvumas), trečios (355 nm) ir ketvirtos harmonikos generavimui (266 nm) Nd:YAG lazeriuose, naudojant I/II tipo fazių suderinimą kambario temperatūroje, o KDP pasižymi 75 % SHG efektyvumu ir aukštesne pažeidimo riba dėl deuteracijos. Kaip elektrooptinės medžiagos, jos pasižymi itin dideliais koeficientais (r₃₃ = 23,3 pm/V KDP), žema pusbangės įtampa (~7,6 kV esant 1064 nm) ir plačiu dažnių juostos pločiu (> 10 GHz), todėl jas galima naudoti Pockelso elementuose, moduliatoriuose ir didelės galios lazerinėse sistemose, tokiose kaip inercinė ribojimo sintezė, kur KDP nehigroskopiškumas pranoksta KDP atšiaurioje aplinkoje.

Kalcitas (CaCO₃), trigoninis neigiamas vienaašis kristalas, pasižymintis dideliu dvigubu lūžiu ir plačiu pralaidumu (200 nm–2300 nm), yra geriausia medžiaga matomos ir artimos infraraudonosios spinduliuotės poliarizuojančiai optikai, nepaisant jos minkštumo (Mohso skalė 3) ir higroskopiškumo. Ji leidžia naudoti Glan-Taylor/Thompson poliarizatorius, kurių gesinimo santykis >10⁶:1, spindulių išstūmiklius ir UV bangų plokštes, kurios ultravioletinių spindulių diapazone pranoksta sintetinius kristalus, tokius kaip YVO₄, tačiau reikalauja AR dangų ir drėgmės kontrolės.

Itrio ortovanadatas (YVO4) yra teigiamas vienaašis kristalas, išaugintas Čochralskio metodu. Jis pasižymi geromis mechaninėmis ir fizinėmis savybėmis ir idealiai tinka optiniams poliarizuojantiems komponentams dėl plataus skaidrumo diapazono ir didelio dvigubo lūžio. Tai puikus sintetinis kalcito (CaCO3) ir rutilo (TiO2) kristalų pakaitalas daugelyje sričių, įskaitant šviesolaidinius izoliatorius ir cirkuliatorius, spindulių išstūmiklius, Glano poliarizatorius ir kitus poliarizuojančius optinius prietaisus ir kt.

Aukštos temperatūros BBO (a-BaB) forma2O4) yra neigiamas vienaašis kristalas. Jis pasižymi dideliu dvigubu lūžiu plačiame skaidrumo diapazone nuo 189 nm iki 3500 nm. Neseniai „MT-Optics“ pavyko išauginti šį kristalą iki didelio dydžio. a-BBO kristalo fizikinės, cheminės, terminės ir optinės savybės yra panašios į β-BBO. Tačiau netiesinės a-BBO kristalo optinės savybės išnyksta dėl centrinės simetrijos su jo kristaline struktūra, todėl jo nerekomenduojama naudoti NLO procesuose.

Neodimiu legiruotas gadolinio vanadatas (Nd:GdVO4 kristalai) Priklausantis tetragoninei kristalų sistemai, yra puiki ideali lazerio pagrindinė medžiaga DPSS (diodiniu būdu kaupinamiems kietojo kūno) mikro/mini lazeriams. Jis pasižymi puikiomis fizinėmis, optinėmis ir mechaninėmis savybėmis. Kalbant apie lazerio veikimą, Nd:GdVO4 kristalai pasižymi didesniu nuolydžio efektyvumu, palyginti su Nd:YAG kristalais. Palyginti su Nd:YVO4 kristalais, jie pasižymi geresniu šilumos laidumu, todėl užtikrina stabilesnį veikimą esant dideliam galingumui ir gali pasiekti didesnę galią. Be to, dėl išskirtinės optinės anizotropijos lazerinės sistemos palengvina efektyvų poliarizacijos valdymą. Dėl šių savybių Nd:GdVO4 kristalai labai tinkami naudoti kompaktiškuose lazeriniuose įrenginiuose, tokiuose kaip medicininė lazerinė įranga, tikslaus lazerinio apdorojimo sistemos ir pažangios mokslinių tyrimų lazerinės sistemos, kur didelis efektyvumas ir stabilus veikimas yra kritiniai reikalavimai.

Nd:YAG kristalas yra šiandien plačiausiai naudojama kietojo kūno lazerio medžiaga. Ji buvo naudojama „mikro/mini“ DPSS (diodiniu būdu kaupinamo kietojo kūno) lazerių sistemoje, siekiant generuoti aukštos kokybės raudoną, žalią arba mėlyną lazerio spinduliuotę. Mėlynasis lazeris iš Nd:YAG kristalo yra efektyvesnis ir lengviau realizuojamas nei mėlynasis lazeris iš Nd:YVO4 kristalo. Nd:YAG kristalas taip pat plačiai naudojamas karinėse, mokslinėse, medicininėse ir pramoninėse lazerių sistemose, didelio našumo mokslinėse lazerių sistemose, lazerinės terapijos, kosmetologijos sistemose, lazerinio žymėjimo, lazerinio gręžimo ir kitose lazerinių medžiagų apdorojimo sistemose. Pažymėtina, kad Nd:YAG kristalas yra geriausia lazerio medžiaga didelės galios, didelės energijos ir Q jungiklio impulsų lazerių sistemoms. Platus Nd:YAG kristalo pritaikymas įvairiose lazerių sistemose kyla dėl išskirtinių fizinių ir mechaninių savybių.

Nd:YVO4 yra vienas efektyviausių lazerio kristalų, šiuo metu egzistuojančių diodiniu lazeriu kaupinamiems kietojo kūno lazeriams. Didelis stimuliuojamos emisijos skerspjūvis lazerio bangos ilgyje, didelis sugerties koeficientas ir platus sugerties juostos plotis kaupinimo bangos ilgyje, aukšta lazerio sukeltos žalos riba, taip pat geros fizikinės, optinės ir mechaninės savybės daro Nd:YVO4 puikiu kristalu didelės galios, stabiliems ir ekonomiškiems diodiniu lazeriu kaupinamiems kietojo kūno lazeriams.

Terbio galio granatas (TGG) yra tinkama kristalinė medžiaga Faradžio prietaisams (rotatoriui ir izoliatoriui). Faradžio ratatorius sudarytas iš TGG strypo, esančio specialiai sukurtame magnete. Per rotatorių einančio šviesos spindulio poliarizacija sukelia sukimąsi. Sukimosi kryptis priklauso tik nuo magnetinio lauko krypties, o ne nuo šviesos spindulio sklidimo krypties. Optinis izoliatorius susideda iš 45 laipsnių rotatoriaus, įrengto tarp dviejų tinkamai išdėstytų poliarizatorių, kurie leidžia šviesos spinduliui praeiti tik viena kryptimi. Dėl puikių savybių, tokių kaip didelė verdeto konstanta, maži šviesos nuostoliai, didelis šilumos laidumas ir aukšta šviesos pažeidimo riba, TGG yra unikali medžiaga Faradžio prietaisams. Ji plačiai naudojama YAG lazeriuose ir Ti:safyro derinamuose lazeriuose, žiediniuose lazeriuose ir kt.

Cr⁴⁺:YAG kristalas yra kristalas, pasižymintis puikiomis pasyvaus Q jungiklio savybėmis Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO₄ ir kitiems neodimiu arba iterbiu legiruotiems lazeriams, kurių bangos ilgis yra nuo 0,8 iki 1,2 μm. Naudojant pasyvų Q jungiklį arba prisotinamąjį absorberį, galima gauti pakankamai lazerio impulsų, nereikalaujant elektrooptinio jungiklio. Dėl gero cheminio stabilumo, ilgaamžiškumo, atsparumo UV spinduliams, gero šilumos laidumo, aukštos pažeidimo ribos (> 500 MW/cm²) ir paprasto naudojimo, jis pakeis dažniausiai naudojamus LiF ir dažiklius pasyviųjų Q jungiklių srityje ir taps puikiu pasirinkimu 1 μm Nd legiruotiems lazeriams.