无机非线光学晶体性课件ppt.ppt

KDP晶体 1 KDP晶体的简介 磷酸二氢钾 KDP 晶体是一种最早受到人们重视的功能晶体 人工生长KDP晶体已有半个多世纪的历史 是经久不衰的水溶性晶体之一 KDP晶体的透光波段为178nm 1 45um 是负光性单轴晶 其非线性光学系数d36 1 064um 0 39pm V 常常作为标准来比较其他晶体非线性效应的大小 可以实现 类和 类位相匹配 并且可以通过温度调谐来实现非临界位相匹配 包括四倍频和和频 2 KDP晶体的用途 1 可对波长为1 06um的激光实现二倍频 三倍频和四倍频 也可染料激光器实现二倍频 还可作为一般晶体的相对倍频系数的标准参比晶体2 用来制作激光Q开关 并可与激光组成Q开关激光器 用于产生巨脉冲激光 3 用于制作高功率的激光倍频器和参量振荡器的材料 4 用于制作电光调制器 偏转器和固态光阀显示器5 用于制作压电换能器等 3 DKDP晶体 4 DKDP晶体简介 DKDP晶体为为KDP的同位素化合物 有两种晶型 A 四方相 对称性属于KDP型 其光学性能优良 半波电压低 线性电光系数大 透光波段宽 光学均匀性优良 并能生长大尺寸晶体 因此 自20世纪60年代至今 DKDP晶体一直是一种最常用的电光晶体材料 也是现代高功率激光核聚变装置中所使用的高能量负载倍频材料 B 但斜相 无实用价值 而且会成为四方相DKDP晶体生长的障碍之一 通常所指的氘化KDP晶体是专指四方相DKDP而言 5 合成DKDP晶体的方法 1 1溶液的合成DKDP晶体生长溶液的合成需要经过两步完成 第一步 五氧化二磷P2O5与重水D2O形成氘化磷酸D3PO4 第二步 D3PO4与无水K2CO3形成KD2PO4 其中P2O5与重水水解要经历复杂的多步反应过程 需要回流加热 1 2晶体生长采用溶液降温法 片状籽晶c向生长 在溶液本征pD值情况下按照晶体的自然生长习性进行生长 这是最传统的生长方式 4 5 所使用晶体生长控温仪测控精度为 0 05 1 3多磷酸根含量测定以离子色谱法 6 9 测定溶液中的多磷酸根离子含量 仪器设备 美国Dionex公司ISC 2000型离子色谱仪 DionexAS11 HC型色谱柱 ASRS ULTRA 型检测器 测试条件 流动相25mMKOH 99mMKOH梯度淋洗 流速1 0mL min 色谱柱温度35 抑制电流250mA 6 DKDP晶体的用途 DKDP晶体是一种性能优良的电光晶体 在激光技术 光学信息处理和光通信等领域有着广泛的运用 可用于制作电光调制 偏转 调Q器等 也可作为高功率脉冲激光器调Q的关键材料之一 还可制作高速摄影的光快门 以及制作高峰值功率和大平均功率的激光倍频器等 7 2020 5 22 8 可编辑 KTP晶体 9 KTP晶体简介 磷酸钛氧钾 KTP 晶体是一种具有优良的非线性光学性质 已得到了广泛重视和应用的非线性光学晶体 KTP晶体是正光性双晶 其透光波段为350nm 4 5um 可以实现1 064um钕离子激光及其他波段激光倍频 和频 光参量振荡的位相匹配 一般采用 类位相匹配 其非线性系数d31 d32 d33分别为1 4 2 65和10 7pm V d33是KDP晶体d36的20余倍 KTP晶体有较高的抗光损伤阈值 可以用于中功率激光倍频等 KTP晶体有良好的机械性质和理化性质 不溶于水及有机溶剂 不潮解 熔点约1150 在熔化时有部分分解 该晶体还有很大的温度和角度宽容度 KTP晶体作为频率转换材料已经广泛应用于科研 技术等各个领域 特别是作为中小功率倍频的最佳晶体 该晶体制成的倍频器及光参量放大器等已应用于全固态可调谐激光光源 10 KTP晶体合成方法1 目前生长KTP晶体的方法有两种 2 3 8 水热法和熔盐法 水热法生长的KTP晶体要在1600个大气压 600 的高压釜中进行 由于生长条件苛刻 高压釜内径不能作得很大 目前只到3英寸 生成态KTP晶体中还包含籽晶 所以水热法生长的晶体尺寸小 可利用率低 产品成本高 尽管水热法生长的KTP晶体质量好 激光损伤阈值高 GW cm2级 电导率低 但因为考虑到长出的晶体中并不是所有的部位光学质量都能满足应用要求 所以水热法生长的KTP晶体的应用在很大程度上受到尺寸不够大的限制 生产成本高 在中小功率激光倍频领域 竞争不过熔盐法生长的KTP晶体产品 11 KTP晶体的合成方法2 普通熔盐法又分为两种 籽晶浸没法和顶部籽晶法 籽晶浸没法是把KTP籽晶浸没到熔体中进行生长 故长出的KTP晶体中包含籽晶 且生成态KTP晶体是双晶 利用率相对较低 顶部籽晶法的籽晶仅与熔体表面接触 长出的KTP晶体中不含籽晶 且生成态KTP晶体是单晶 晶体的利用率最高 与水热法比较起来 普通熔盐法是在大气中生长 坩埚可以作得很大 可以长得很大 70mm 80mm 30mm或更大 成本低 但缺点是生成态KTP晶体的激光损伤阈值较水热法KTP的低 600 800MW cm2级 电导率大 10 6 10 7 cm量级 在加上调制电压后 晶体会发黑失透 不能使用 水热法生长的KTP晶体的电导率在 10 9 10 11 cm量级 所以不存在这个问题 12 KTP晶体的特性 磷酸氧钛钾 KTiOPO4 简称KTP 有着优良的非线性光学性能及电光性能 作为单晶 KTP有着优异的机械性能 化学稳定性和高的抗光损伤阈值 目前 KTP已作为一种商业化的晶体广泛应用于中小功率固体激光器的倍频 SHG 和 差 频 光参量振荡 OPO 和放大 OPA 等 KTP同样也是优良的电光晶体候选者 在激光的调制等方面有着广泛应用前景 本实验采用顶部籽晶熔剂法生长了纯的以及不同掺杂的KTP晶体 用特殊工艺处理技术将普通熔剂法KTP的电导率降低了三个数量级 达到了10 10 cm 1 解决了普通熔剂法KTP晶体由于离子电导率太大而无法用于电光应用领域的困难 对KTP晶体的生长条件 掺杂元素以及退火工艺等进行了研究 通过优化生长工艺技术参数 突破了工艺技术生长难关 得到了高光学均匀性 具有大Z切面的KTP单晶 将KTP晶体加工后测试了它们的晶胞参数 透过率 光损伤阈值 掺杂元素分凝系数等 结果表明 经过掺杂的KTP晶体晶胞参数 透过率等基本没有变化 光学均匀性稍有下降 而激光损伤阈值却提高了3倍 13 谢谢观赏 2020 5 22 15 可编辑 。