磷酸鈦氧鉀（KTiOPO4，簡稱KTP）
磷酸鈦氧鉀(KTP)
KTP(KTiOPO4)在商業(yè)和軍用激光里被廣泛使用，包括實驗室和醫(yī)學(xué)系統(tǒng), 射程探測器，激光雷達，光通信和工業(yè)激光系統(tǒng)。
KTP晶體特點:
非線性光學(xué)系數(shù)大
接收角大，走離角小
寬的溫度和光譜帶寬
光電系數(shù)高和介電常數(shù)低
抗阻比值大
不吸水,化學(xué)、機械性能穩(wěn)定性
基本屬性
1. 化學(xué)和結(jié)構(gòu)性能
|
晶體結(jié)構(gòu)
|
斜方晶系,空間群Pna21,點群mm2
|
|
晶格參數(shù)
|
a=6.404?, b=10.616?, c=12.814?, Z=8
|
|
熔點
|
About 1172°C
|
|
莫斯硬度
|
5
|
|
密度
|
3.01 g/cm3
|
|
導(dǎo)熱系數(shù)
|
13W/m/K
|
|
熱膨脹系數(shù)
|
axayaz=0.6x10-6/0C =9x10-6/0C, =11x10-6/0C,
|
光學(xué)和非線性光學(xué)性能
|
可透波段范圍
|
350~4500nm
|
|
SHG相位匹配范圍
|
497 ~ 1800nm (Type II)
|
|
熱光系數(shù)(/°C)
|
dnx/dT=1.1X10-5
dny/dT=1.3X10-5 dnz/dT=1.6X10-5 |
|
吸收系數(shù)
|
<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° |
|
非線性系數(shù)
|
deff(II)? (d24 - d15)sin2fsin2q - (d15sin2f + d24cos2f)sinq
|
|
Non-vanished 非線性磁化系數(shù)
|
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 |
摻釹激光的倍頻、混頻應(yīng)用
KTP最常用于倍頻Nd:YAG及其他摻Nd晶體的激光，特別是在中低功率密度的激光器中。到目前為止，利用KTP進行腔內(nèi)與腔外倍頻的摻Nd晶體的激光器，在逐步取代可見光染料激光和可調(diào)藍寶石激光器。在許多的工業(yè)研究中，該種激光器被廣泛用做綠光光源。
* 由15W的二極管泵浦的0.5%Nd:YVO4與KTP晶體，可獲得的8W 綠光輸出
* 使用本公司的2x2x5mm KTP 和3x3x1mm2% Nd:YVO4的晶體，可將1W二極管泵浦光轉(zhuǎn)化成200mW的綠光輸出.
* 2-5mw綠光輸出可從180mw LD pumped Nd:YVO4 和 KTP膠合晶體中獲得
KTP也正用于腔內(nèi)810nm二極管泵浦光和1064nmNd:YAG激光混頻產(chǎn)生藍光, 和Nd:YAG激光器或Nd:YAP激光器的1300nm光進行腔內(nèi)倍頻。
圖1：II類KTP在XY平面內(nèi)倍頻 圖2：II類KTP在XZ平面內(nèi)倍頻
光學(xué)參量放大、振蕩（OPO and OPA）應(yīng)用
如圖3，圖4中所示，由于KTP的二次諧波效應(yīng)和光學(xué)參量放大性能，其在可調(diào)Nd離子激光器中的輸出波長調(diào)節(jié)（從可見光--600nm，到中遠紅外--4500nm）中起到核心組件的作用。
通常情況下，KTP可以在高重復(fù)頻率和mW平均功率級別的條件下，提供fs級別的穩(wěn)定、連續(xù)脈沖輸出。使用KTP進行光學(xué)參量放大，可以將Nd:YAG激光器1064nm泵浦光轉(zhuǎn)換成2120nm光，轉(zhuǎn)換效率能達到66%左右。
圖3：XZ平面內(nèi)（532nm泵浦） OPO 圖4：XY平面內(nèi)（532nm泵浦）OPO
表1.電光調(diào)節(jié)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
|
從表1，可以發(fā)現(xiàn)，KTP以其損傷閾值高，光學(xué)透過波段寬(>15GHZ)，熱、化學(xué)性能
穩(wěn)定，低吸收等特點，相對LiNbO3晶體更適合于作E-O器件。
光波導(dǎo)應(yīng)用
在KTP基底上進行離子交換處理，可得到低吸收的光波導(dǎo)器件。這項技術(shù)使得KTP
在集成光路方面獲得了更多的應(yīng)用。
表2給出了KTP與其他光波導(dǎo)材料的對比。
表1.電光光波導(dǎo)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
損傷閾值>300MW/cm2@1064,532nm0MW/cm2@1064,532nm
2. 寬帶增透膜
3. HR1064nm&HT532nm, R>99.8%@1064nm, T>90%@532nm.
KTP產(chǎn)品其他標準
尺寸公差: (寬±0.1mm)x(高±0.1mm)x(長+0.5/-0.1mm)(長度≥2.5mm)
(寬±0.1mm)x(高±0.1mm)x(長+0.1/-0.1mm) (長度<2.5mm)
通光孔徑:中心90%
50mW綠光激光器下,晶體內(nèi)部無可見光路
平面度：小于 λ/8 @ 633nm
波前畸變: 小于λ/8 @ 633nm
倒邊: ≤0.2mm@45°
崩邊: ≤0.1mm
表面光潔度: 小于10/ 5（MIL-PRF-13830B）
通光面平行度:小于20"
側(cè)面垂直度: ≤5'
角度公差: △θ≤0.25°, △ф≤0.25°
損傷域值:[GW/cm ]: >0.5 for 1064nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
>0.3 for 532nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
