Lithiumborat-Kristall ist ein ausgezeichneter nichtlinearer optischer Kristall. Für Frequenzverdopplung (SHG) und -verdreifachung (THG) von Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4-Lasern ist er eines der nützlichsten nichtlinearen optischen Materialien in ultravioletten und sichtbaren Laser-Anwendungen.
Vorteile:
1. Breiter Durchlässigkeitsbereich von 160 nm bis 2,6mm (Frequenzverdopplungsbereich von 0,55m bis 2,6mm)
2. Relativ große Frequenzverdopplungskoeffizienten (etwa dreimal größer als die von KDP-Kristallen)
3. Hohe Zerstörschwelle (18,9 GW/cm2 für einen 1,3ns Laser bei 1,054mm)
4. Nichtkritische Phasenanpassung(NCPM) von Typ I und Typ mit einem großen Wellenlängenbereich
5. Breite Akzeptanz von Winkel und kleine Ablenkung
Anwendung:
6. Eine Leistung von mehr als 480 mW bei 395 nm wird durch Frequenzverdopplung von einem 2W-modengekoppelten Ti:Saphir-Laser (<2PS, 82MHz) erzeugt. Ein Lithiumborat-Kristall von 5x3x8 mm3 umfasst den Wellenlängenbereich von 700 bis 900 nm.
7. Die Frequenzverdopplung eines Spectra-Physics TFR diodengepumpten Nd:YLF-Lasers (> 500mJ @ 1047 nm, <7 ns, 0-10 kHz) erreicht über 40% Wirkungsgrad in einem 9 mm Lithiumborat-Kristall.
8. Der VUV-Ausgang bei 187,7 nm wird durch Summenfrequenzerzeugung erzielt.
9. 2mJ/pulse beugungsbegrenzte Strahlqualität bei 355 nm wird durch Intracavitätsverdreifachung eines Q-Switch Nd: YAG-Lasers erzielt.
Chemische und struktuelle Eigenschaften von Lithiumborat-Kristallen:
| Kristallstruktur | Orthorhombisch, Raumgruppe Pna21, Punktgruppe mm2 |
| Gitterkonstante | a=8,4473Å, b=7,3788Å , c=5,1395Å , Z=2 |
| Schmelzpunkt | Etwa 834℃ |
| Mohshärte | 6 |
| Dichte | 2,47 g/cm3 |
| Wärmeleitfähigkeit | 3,5W/m/K |
| Wärmeausdehnungskoeffizienten | ax=10,8x10-5/K, ay= -8,8x10-5/K, az=3,4x10-5/K |
Optische und Nichtoptische Eigenschaften von Lithiumborat-Kristallen:
| Transparenzbereich | 160-2600nm |
| Phasenanpassungsbereich für Frequenzverdopplung | 551 ~ 2600nm (Type I) , 790~2150nm (Typ II) |
| Thermische optische Koeffizient(°C) | dnx/dT=-9,3X10-6, dny/dT=-13,6X10-6, dnz/dT=(-6,3-2.1λ)X10-6 |
| Absorptionskoeffizient | <0.1%/cm bei 1064nm , <0,3%/cm bei 532nm |
| Winkelakzeptanz | 6,54mrad-cm (φ,Typ I,1064 Frequenzverdopplung), 15,27mrad-cm (q,Typ II,1064 Frequenzverdopplung) |
| Temperaturakzeptanz | 4,7°C-cm (Typ I, 1064 Frequenzverdopplung), 7,5°C-cm (Typ II,1064 Frequenzverdopplung) |
| Spektrumakzeptanz | 1.0nm-cm (Typ I, 1064 Frequenzverdopplung), 1,3nm-cm (Typ II,1064 Frequenzverdopplung) |
| Ablenkungswinkel | 0,60° (Typ I 1064 Frequenzverdopplung), 0,12° (Typ II 1064 Frequenzverdopplung) |
| Nichtlineare Koeffizienten | deff(I)=d32cosΦ (Typ I auf XY-Ebene) deff(I)=d31cos2θ+d32sin2θ (Typ I auf XZ-Ebene) deff(II)=d31cosθ (Typ II auf YZ-Ebene) deff(II)=d31cos2θ+d32sin2θ (Typ II auf X- Ebene) |
| Nichtverschwindene nichtlineare Empfänglichkeit | d31=1,05 ± 0,09 pm/V, d32= -0,98 ± 0,09 pm/V, d33=0,05 ± 0,006 pm/V |
| Sellmeier-Gleichung (λ in μm) | nx2=2,454140+0,011249/(λ2-0,011350)-0,014591λ2-6,60x10-5λ4ny2=2,539070+0,012711/(λ2-0,012523)-0,018540λ2+2,0x10-4λ4nz2=2,586179+0,013099/(λ2-0,011893)-0,017968λ2-2,26x10-4λ4 |
| Sellmeier-Gleichung (λ in μm) | nx2=2,454140+0,011249/(λ2-0,011350)-0,014591λ2-6,60x10-5λ4 ny2=2,539070+0,012711/(λ2-0,012523)-0,018540λ2+2,0x10-4λ4nz2=2,586179+0,013099/(λ2-0,011893)-0,017968λ2-2,26x10-4λ4 |
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