CN102545019A - 一种抗潮解紫外三倍频晶体及制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

一种La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件，其为按晶体I或II型三倍频位相匹配方向切割后，两通光面抛光并镀介质膜而得的I或II型三倍频器件；其制备：先对晶体1064波段标准Ⅰ类相位匹配时的倍频系数进行测量，得4个非零倍频系数；再用最小偏向角测定晶体从363-2325nm的13个波长下的主折射率，拟合得Sellmeire方程；依Sellmeire方程，利用计算机编程，计算得该晶体I和II型三倍频相位匹配曲线，再结合倍频系数确定该晶体相位匹配点；然后按相位匹配方向对晶体进行切割，两通光面抛光并镀介质膜得到该晶体三倍频器件；该晶体三倍频器件用于产生三倍频激光输出。具有机械性能好，抗潮解等优点。

Description

一种抗潮解紫外三倍频晶体及制备方法和用途

技术领域

本发明属于晶体材料在光电子技术领域中的应用，特别涉及一种抗潮解紫外三倍频晶体及制备方法和用途。

背景技术

Nd(钕)基激光器输出的1.06μm左右的激光辐射可以高效率地转换为二次、三次及高次谐波，它已成为一个有价值的可见光和紫外光辐射光源，其355nm左右的三次谐波对于激光喇曼光谱学、光化学、大气研究、高速紫外全息及泵浦短波长染料激光器等都有着广泛的应用。在中小基波功率密度下，获得三次谐波的最佳途径是采用不失谐的I型倍频和II型三倍频方案，以使得从倍频晶体辐射出来的基波光和倍频光在三倍频晶体中能够最大程度地参加混频作用，从而避免了复杂的光路设计以及能量的浪费。目前使用的三倍频晶体材料通常为BBO，LBO，CLBO，CBO、BIBO以及(D)KDP等，但其各具不足之处，如BBO走离角大，(D)KDP光损伤阈值低等。LBO和CBO晶体被公认为是目前最适合用于高平均功率全固态激光器的三倍频晶体，但这两种晶体在大气环境中均具有潮解习性，尽管人们正在大力研究其抗潮解能力以及防潮装置的设计，但仍难避免复杂的光路设计、激光器耐用性差、便携性低等一系列衍生问题。因此，寻找新型无潮解习性(抗潮解)的三倍频晶体成为解决先进制造业和信息产业所需355nm左右波段的高功率紫外全固态激光器最具实用价值的方向之一。

La₂CaB₁₀O₁₉晶体属于单斜晶系，空间群为C2，具有较强的非线性光学效应，倍频系数约为KDP的2-3倍(中国专利ZL98108570.9和ZL200410098441.6)，透光波段达到真空紫外区(170nm)，激光损伤阈值达到11.5GW/cm²，同时还具有物化性能稳定，不潮解，硬度适中等优点。最近，该晶体的生长也取得突破性的进展，已经能够生长高光学质量的单晶(中国专利申请200910092081.1)。文章(OpticsCommunications 209(2002)481-484，Efficient second harmonic generation in a newwnonlinear La₂CaB₁₀O₁₉crystal)探索La₂CaB₁₀O₁₉用作蓝绿光波段非线性光学材料的应用，但至今尚未见到有关用La₂CaB₁₀O₁₉晶体制作紫外光波段三倍频器件及应用方面的报道。

发明内容

本发明针对已有的三倍频晶体的不足之处，提供一种无潮解习性、制作简单的抗潮解紫外三倍频晶体，无需防潮装置、易于实现I型和II型三倍频激光输出。

本发明的另一目的在于提供上述抗潮解紫外三倍频晶体的制备方法和用途。

本发明的技术方案如下：

本发明将生长得到的La₂CaB₁₀O₁₉晶体(简称为LCB)作抛光处理后放入水中(常温)，经过一个月仍观察不到其光洁度有任何变化，表明：其化学稳定性高，不潮解，用其制成的光学器件可在无任何保护措施的情况下使用。La₂CaB₁₀O₁₉晶体的紫外截止边为170nm，200nm----2400nm无任何吸收，其355nm左右处的透过超过85％。

本发明提供的La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件，其为La₂CaB₁₀O₁₉晶体按I型或II型三倍频位相匹配方向切割后，两通光面抛光并镀有介质膜而制得的La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频光学器件；所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件为La₂CaB₁₀O₁₉晶体I型三倍频器件或La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频器件。

本发明提供的La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件的制备方法，其步骤如下：

对La₂CaB₁₀O₁₉晶体在1064波段的标准Ⅰ类相位匹配时的倍频系数进行了测量，得到4个非零的倍频系数，其分别为：

d₂₁＝(0.58±0.06)pm/V；

d₂₂＝(1.04±0.03)pm/V；

d₂₃＝(0.25±0.02)pm/V；

d₁₄＝(0.70±0.05)pm/V；

利用最小偏向角测定了La₂CaB₁₀O₁₉晶体从363nm-2325nm之间13个波长下的主折射率，拟合得到Sellmeire方程：

${n_x}^2=2.7822579+\frac{0.0160703}{{\mathrm{\λ}}^2-0.0149796}-{0.0153541\mathrm{\λ}}^2$

${n_y}^2=2.7859832+\frac{0.0158296}{{\mathrm{\λ}}^2-0.014627}-{0.0153774\mathrm{\λ}}^2$

${n_z}^2=2.9681748+\frac{0.0195743}{{\mathrm{\λ}}^2-0.0175390}-0.02061085{\mathrm{\λ}}^2$

其中，n_x，n_y，n_z为La₂CaB₁₀O₁₉晶体的三个主轴折射率，单位为μm；λ为入射波长；

采用以上Sellmeire方程，利用计算机编程，计算分别得到La₂CaB₁₀O₁₉晶体I型和La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频相位匹配曲线，再分别结合以上测量得到的倍频系数确定La₂CaB₁₀O₁₉晶体转换效率高的相位匹配点，然后按相位匹配方向对La₂CaB₁₀O₁₉晶体进行切割，制成三倍频器件，将三倍频器件两通光面抛光并镀上介质膜；得到La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件；所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件为La₂CaB₁₀O₁₉晶体I型三倍频器件或La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频器件。

本发明提供的La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件的用途，其为产生三倍频激光输出。所述的产生三倍频激光输出如下：

以Nd离子掺杂的YAG、YLF、YAP、LuVO₄、YVO₄或GdVO₄等激光器作光源，以I类GTP-KTP、I类KTP、I类KTA、I类LBO、I类BBO或I类CLBO为倍频器件，所述Nd基激光器入射Nd离子⁴F_3/2→⁴I_11/2通道发射的红外激光，经倍频器件产生的倍频光和基波光直接进入所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件进行和频，从而产生三倍频激光输出；所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件为La₂CaB₁₀O₁₉晶体I型三倍频器件或La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频器件。

所述产生的三倍频激光为波长为355nm的三倍频激光，并经滤光片滤光后输出。

由于La₂CaB₁₀O₁₉晶体不潮解，因而所制作的三倍频器件无需加防潮装置，除此之外，La₂CaB₁₀O₁₉晶体与LBO非线性光学效应相当、机械性能好，不易碎裂，易于加工和保存，简化了激光器的制备工艺，降低了制作成本，有利于三倍频激光器的应用和产业化。

本发明抗潮解紫外三倍频晶体的优良效果如下：

本发明的La₂CaB₁₀O₁₉三倍频器件比较容易制备，不潮解，无需增加防潮装置；除此之外，La₂CaB₁₀O₁₉晶体与LBO非线性光学效应相当、机械性能好，不易碎裂，易于加工和保存、可实现大功率三倍频输出，使三倍频激光的实现更加简单，简化了激光器的制备工艺，降低了制作成本，有利于三倍频激光器的应用。

附图说明：

图1为用La₂CaB₁₀O₁₉晶体制成的一种典型的三倍频光学器件的工作原理图，其中1是激光器，2是倍频器件，3是三倍频La₂CaB₁₀O₁₉器件，4是滤波片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步描述本发明。

实施例1：

使用La₂CaB₁₀O₁₉晶体，采用Sellmeire方程，通过计算机编程，计算得到La₂CaB₁₀O₁₉晶体的II型三倍频相位匹配曲线，再结合倍频系数确定其转换效率较高的相位匹配点(θ＝67°，

)，然后按此相位匹配方向对La₂CaB₁₀O₁₉晶体进行切割，并对其两通光面进行抛光，之后再镀上介质膜而制成La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频器件。

按附图1所示，将该La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频器件放在标号“3”的位置处，在室温下，用调Q Nd:YAG激光器1作光源，以II型LBO为倍频器件2；所述激光器入射1.06μm波段的红外激光，经倍频器件2产生的倍频光和基波光直接进入所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件3进行和频，从而产生功率为7W的三倍频激光输出，其三倍频输出波长为355nm。所产生的波长为355nm的三倍频激光也可经滤光片4滤光后再输出。

所述的La₂CaB₁₀O₁₉晶体切割时的位相匹配方向是II型方向。所述的La₂CaB₁₀O₁₉晶体的通光面为方形，截面尺寸为4×4mm，通光方向厚度6mm。

实施例2：激光光源1、倍频器件2、以及三倍频晶体外形均与实施例1相同，差别在于，确定的相位匹配点为θ＝67°，三倍频器件通光方向厚度为8mm，获得的输出功率为8W。

实施例3：

激光光源1、倍频器件2、以及三倍频晶体外形均与实施例1相同，差别在于，所述的三倍频晶体切割时按I型方向切割，确定的相位匹配点为θ＝49.4°，三

倍频器件通光方向10mm，获得的输出功率为16W。

实施例4：

激光光源1、倍频器件2、以及三倍频晶体外形均与实施例1相同，差别在于，所述的三倍频晶体切割时按I型方向切割，确定的相位匹配点为θ＝49.4°，

三倍频器件通光方向12mm，获得的输出功率为20W。

本领域的普通技术人员用类似的方法不难用La₂CaB₁₀O₁₉晶体制备出其它的紫外三倍频非线性光学器件，这些均不可能超出本发明的构思和范围。

Claims (5)

1.一种La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件，其为La₂CaB₁₀O₁₉晶体按I型或II型三倍频位相匹配方向切割后，两通光面抛光并镀有介质膜而制得的La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频光学器件；所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件为La₂CaB₁₀O₁₉晶体I型三倍频器件或La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频器件。

2.一种权利要求1所述La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件的制备方法，其步骤如下：对La₂CaB₁₀O₁₉晶体在1064波段的标准Ⅰ类相位匹配时的倍频系数进行了测量，得到4个非零的倍频系数，其分别为：

d₂₁＝(0.58±0.06)pm/V；

d₂₂＝(1.04±0.03)pm/V；

d₂₃＝(0.25±0.02)pm/V；

d₁₄＝(0.70±0.05)pm/V；

利用最小偏向角测定了La₂CaB₁₀O₁₉晶体从363nm-2325nm之间13个波长下的主折射率，拟合得到Sellmeire方程：

${n_x}^2=2.7822579+\frac{0.0160703}{{\mathrm{\λ}}^2-0.0149796}-{0.0153541\mathrm{\λ}}^2$

${n_y}^2=2.7859832+\frac{0.0158296}{{\mathrm{\λ}}^2-0.014627}-{0.0153774\mathrm{\λ}}^2$

${n_z}^2=2.9681748+\frac{0.0195743}{{\mathrm{\λ}}^2-0.0175390}-0.02061085{\mathrm{\λ}}^2$

其中，n_x，n_y，n_z为La₂CaB₁₀O₁₉晶体的三个主轴折射率，单位为μm；λ为入射波长；

采用以上Sellmeire方程，利用计算机编程，计算分别得到La₂CaB₁₀O₁₉晶体I型和La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频相位匹配曲线，再分别结合以上测量得到的倍频系数确定La₂CaB₁₀O₁₉晶体转换效率高的相位匹配点，然后按相位匹配方向对La₂CaB₁₀O₁₉晶体进行切割，制成三倍频器件，将三倍频器件两通光面抛光并镀上介质膜；得到La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件；所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件为La₂CaB₁₀O₁₉晶体I型三倍频器件或La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频器件。

3.一种La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件的用途，其为产生三倍频激光输出。

4.按权利要求3所述的La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件的用途，其特征在于，所述的产生三倍频激光输出如下：

以Nd离子掺杂的YAG、YLF、YAP、LuVO₄、YVO₄或GdVO₄等激光器作光源，以I类GTP-KTP、I类KTP、I类KTA、I类LBO、I类BBO或I类CLBO为倍频器件，所述Nd基激光器入射Nd离子⁴F_3/2→⁴I_11/2通道发射的红外激光，经倍频器件产生的倍频光和基波光直接进入所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件进行和频，从而产生三倍频激光输出；所述La₂CaB₁₀O₁₉晶体三倍频器件为La₂CaB₁₀O₁₉晶体I型三倍频器件或La₂CaB₁₀O₁₉晶体II型三倍频器件。

5.按权利要求4所述的La₂CaB₁₀O₁₉三倍频光学晶体器件的用途，其特征在于，所述产生的三倍频激光为波长为355nm的三倍频激光，并经滤光片滤光后输出。

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