HU219305B - Non-linear crystals and using them - Google Patents
Non-linear crystals and using them Download PDFInfo
- Publication number
- HU219305B HU219305B HU9602910A HUP9602910A HU219305B HU 219305 B HU219305 B HU 219305B HU 9602910 A HU9602910 A HU 9602910A HU P9602910 A HUP9602910 A HU P9602910A HU 219305 B HU219305 B HU 219305B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- single crystal
- crystals
- frequency
- general formula
- laser
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000009021 linear effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 17
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910000311 lanthanide oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 alkaline earth metal carbonates Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910021644 lanthanide ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;potassium Chemical compound [K].OP(O)(O)=O PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
- G02F1/3551—Crystals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
- H01S3/1095—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation self doubling, e.g. lasing and frequency doubling by the same active medium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Lasers (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Compounds Of Unknown Constitution (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
A találmány tárgya kongruens olvasztott készítmény kristályosításávalelőállított nemlineáris egykristály, amelynek általános képleteM4LnO(BO3)3 ahol M jelentése Ca, vagy részlegesen Sr-rel vagy Ba-valszubsztituált Ca, Ln jelentése valamely következő csoportba tartozófém vagy fémkeverék: Y, Gd, La, Lu és Nd. A találmány szerintikristályokat a nemlineáris optikában lehet használnifrekvenciakettőzőként és -keverőként, optikai parametrikusoszcillátorként, vagy amikor részlegesen Nd3+ ionnal helyettesítvevannak, lézerfrekvencia-- kettőzőként. ŕ
Description
A találmány tárgya nemlineáris optika számára használható kristályok, ezen kristályok előállítása és a kristályok alkalmazása.
A nemlineáris optikában használatos kristályok különböző csoportokba oszthatók, ezek valamennyien meghatározott és jellemző sajátosságokkal rendelkeznek. Ezen a területen az egyik, elsőnek megjelent termék a kálium-dihidrogén-foszfát (KDP). Ezt az anyagot még mindig széleskörűen használják, mivel viszonylag könnyű előállítani, következésképpen viszonylag alacsony az ára. A KDP azonban igen érzékeny vízzel szemben, és emiatt bizonyos nehézségek merülnek fel a használatában. Alacsony a második harmonikus tényezője, és ennek az a következménye, hogy a kettőzött frekvenciájú sugárzás emissziója viszonylag alacsony. Bár a KDP képes könnyen kialakítani megfelelő méretű monokristályokat, ami szükséges lehet, amikor viszonylag magas teljesítményeket kellhet kezelni, gyakorlatilag a nemlineáris optikában használatos kristályok legnagyobb része kisméretű. A gyakorlatban ugyanis ezeket legtöbbször olvadékból növekedéssel állítják elő. Ez történik a BBO, LBO és KTP esetében. Ily módon a növekedés nagyon lassú és több hétig, sőt több hónapig is tart, amíg a legtöbb felhasználási célra megfelelő méretet elérik.
Ismert a kristályok előállítása kongruens olvasztással Czochralski vagy Bridgeman-Stockbarger eljárása szerint. így történik ez például az LiNbO3 kristályok esetében. Az LiNbO3 kristályokra az jellemző, hogy fényvisszaverők, ami a második harmonikus generálása szempontjából hátrány. Végül az LiNbO3 kristályok nagyon törékenyek. Olvasztással az LaBGeO5 szintén előállítható. Azonban előállítása nehéz, mert nemkívánatos fázisok jelennek meg, ha a kristályosítási műveletet nem tökéletesen szabályozva végzik. Egyébként ennek a kristálynak a nemlineáris szuszceptibilitási tényezője viszonylag alacsony.
A nemlineáris optikai célú felhasználáshoz különböző bórtartalmú kristálykészítmények ismertek. Lásd például a Cs B3O5 képletű kristályt az US 5 381 754 számú szabadalmi leírásban vagy a (RE)X Yi_xAl3(BO3)4 képletű kristályt, ahol RE jelentése ritkaföldfém, az US5O3O851 számú szabadalmi leírásban.
A találmány tárgya tehát kristályok előállítása a nemlineáris optika számára olvasztott komponenseikből, ahol az olvasztás kongruens. A találmány további tárgya ezeknek a nemlineáris kristályoknak a felhasználása frekvenciakettőzőként vagy -keverőként, vagy optikai parametrikus oszcillátorként. A találmány további tárgya az ilyen, hatékony mennyiségben lézerhatást generáló iont tartalmazó kristályok felhasználása önfrekvencia-kettőző lézerkristályok előállítására.
A találmány szerinti kristályok a következő általános képlettel jellemezhetők:
M4LnO(BO3)3 ahol
M jelentése Ca, vagy részlegesen Sr-rel vagy Ba-val szubsztituált Ca,
Ln jelentése valamely következő csoportba tartozó fém vagy fémkeverék: Y, Gd, La, Lu, Nd.
Amikor a kalciumot részlegesen Sr-rel vagy Ba-val helyettesítjük, ennek a helyettesítésnek az a koncentráció szab határt, amelynél az olvasztott fürdőben a kristályosodás során parazitafázisok alakulhatnak ki, más szóval ezek olyan értékek, amelyeknél az M4LnO(BO3)3 fázis olvasztása már nem kongruens.
A Ca4_xSrxLnO(BO3)3 típusú vegyületek esetén x értéke előnyösen <0,5, különösen előnyösen <0,30.
A Ca4_yBayLnO(BO3)3 típusú vegyületek esetén y értéke előnyösen <0,5, különösen előnyösen <0,3.
A lantanidát előnyösen aszerint választjuk meg, hogy mi a kívánt felhasználási terület. Tulajdonképpen az anyag nemlineáris tényezői és kettős sugártörése attól függ, hogy a mátrixba milyen ritkaföldfémet vittünk be.
A találmány szerinti kristályokhoz, amint már említettük, adagolhatunk optikailag aktív lantanidaionokat, például az Nd3+ iont. A megfelelő kristályok képlete:
M4Lnj_zNdzO(BO3)3, ahol
M és Ln jelentése a fenti, z a kívánt hatástól függ, annak ismeretében, hogy a helyettesítő elemek jelenléte a kiváltott hatásban egymás közötti versengéshez vezethet.
A koncentráció növelése először azzal jár, hogy megnövekszik a lézerhatás. A helyettesítő ionok bizonyos koncentrációját meghaladva azt tapasztaljuk, hogy az emisszió fokozatosan kialszik. A helyettesítő ionok egymáshoz túlságosan „közel” kerülnek, és kölcsönhatásba lépnek. A gyakorlatban a helyettesítés nem haladja meg a 20%-ot, előnyösen a 10%-ot. Más szóval z értéke előnyösen <0,2, különösen előnyösen <0,1. Általánosságban a koncentráció akkora, hogy az élettartam ne legyen kisebb, mint a kis koncentrációnál megfigyelhető maximális élettartam fele, vagyis 99 ps.
A találmány szerint felhasznált nemlineáris kristályokat előnyösen egy Czochralski vagy Bridgemann típusú eljárással állítjuk elő. Bármely más kristályképzési eljárás, amely olvasztásból indul ki, megfelelhet, különösen a zónaolvasztásos módszer, amellyel kis átmérőjű egykristály szálak állíthatók elő.
Az olvasztott fürdőket lantanida-oxidokból (Ln2O3), megfelelő alkáliföldfém-karbonátokból (MC03) és bórsavból vagy bórsavanhidridből állítjuk elő. A por alakú komponenseket gondosan összekeverjük és olyan hőmérsékletre melegítjük, amely elegendő a keverék olvasztásához. Ezt a hőmérsékletet a tökéletes homogenizáció eléréséig fenntartjuk. Az olvasztott fürdő hőmérsékletét azután a kristályosítási hőmérsékletre állítjuk be, ez lehetővé teszi egykristályképződés megindulását.
Az olyan kristályok előállítására, amelyek adalékként Nd-t tartalmaznak, az eljárás azonos. Az egységes lantanida helyett egyszerűen a lantanida-oxid-keveréket használjuk.
A találmányt a következőkben részletesen ismertetjük, a Ca4GdO(BO3)3 kristályokkal kapcsolatban.
A kezdeti keveréket 107 g GdO3-ból, 236 g CaCO3ból és 109 g H3BO3-ból állítjuk elő, amely összesen kö2
HU 219 305 Β rülbelül 300 g oxidot jelent. Az elkészített keveréket körülbelül 100 cm3-es irídiumtégelybe helyezzük semleges atmoszférában, vagy körülbelül 100 cm3-es platinatégelybe oxigénatmoszférában. A hőmérsékletet 2 órán keresztül 1550 °C-on tartjuk, majd a kongruens olvasztás hőmérséklete körüli értékre (1480 °C) állítjuk be. Tengelye körül forgásban lévő mozgó rúdra egy megfelelően megválasztott kristályorientációval rendelkező csírát rögzítünk. Ezt a fürdő felületével érintkezésbe hozzuk.
A rúd forgási sebessége a tengelyén 33-45 fordulat/perc.
A kristályosodás kezdeti szakasza után a rudat forgásban haladó mozgással mozgatjuk az első három óra alatt 0,5 mm/óra, majd 2,5 mm/óra körüli sebességgel.
Az egykristály szabályos növekedését akkor szakítjuk meg, amikor a képződött henger 2 cm átmérőjű és 8 cm-es. Ezt ekkor 72 órán keresztül szobahőmérsékleten tároljuk.
A képződött egykristály nagyon jó homogenitású, és nem tartalmaz buborékzárványokat. Mohs-keménysége 6,5.
A találmány szerinti többi kristályt ugyanilyen eljárással állítjuk elő. A megfigyelt kongruens olvasztás az 1400-1500 °C közötti hőmérséklet-tartományban található.
A kapott kristályok mechanikai és kémiai szempontból is igen ellenállóak. Különös jellemzőjük, hogy nem higroszkóposak. Ezenkívül könnyen elvégezhetők velük a későbbi méretmódosítások és a polírozás. Szerkezetük monoklin, szimmetriacentrum nélkül (tércsoport Cm).
A Ca4GdO(BO3)3 kristálytani jellemzői a következők:
a=8,092-10-10 m b= 16,007· 10-io m c=3,56110l0m β=101,2°
Z=4 sűrűség d=3,75
X, Y, Z kristályfizikai tengelyek orientációi az a, b, c kristálytani tengelyekhez viszonyítva a következők:
(Z, a)=26° (Y,b)=0° (X, c)=15°
Az optikai tengely és a Z tengely közötti (V, z) szög olyan, hogy két (V, z)=120,6°, ami a kristályt negatív kéttengelyű kristályként definiálja.
A gadolíniumot tartalmazó kristály a 0,35-3 pm tartományban átlátszó. Az ittriumtartalmú vegyület esetén az átlátszósági tartomány 0,22-3 pm.
A törésmutatókat a hullámhossz függvényében a legkisebb elhajlás módszerével határozzuk meg. A Ca4GdO(BO3)3 kristály esetén a következő táblázatban feltüntetett értékeket kapjuk:
λ (pm) | x | ny | nz |
0,4047 | 1,7209 | 1,7476 | 1,7563 |
0,4358 | 1,7142 | 1,7409 | 1,7493 |
0,4678 | 1,7089 | 1,7350 | 1,7436 |
0,4800 | 1,7068 | 1,7333 | 1,7418 |
λ (pm) | ny | nz | |
0,5090 | 1,7033 | 1,7295 | 1,7379 |
0,5461 | 1,6992 | 1,7253 | 1,7340 |
0,5780 | 1,6966 | 1,7225 | 1,7310 |
0,5876 | 1,6960 | 1,7218 | 1,7303 |
0,6439 | 1,6923 | 1,7181 | 1,7265 |
0,6678 | 1,6910 | 1,7168 | 1,7250 |
0,7290 | 1,6879 | 1,7133 | 1,7216 |
0,7960 | 1,6860 | 1,7112 | 1,7197 |
A fenti kísérleti értékekből kiindulva felírtuk a Sellmeier képleteket:
nz 2=2,9222+0,02471/(λ2-0,01279)-0,00820 λ2 ny2=2,8957+0,02402/(λ2-0,01395)-0,01039 λ2 nx2=2,8065+0,02347/(λ2-0,01300)-0,00356 λ2 Például a frekvenciakettőzéshez a fázisegyezést
0,87 pm és 3 pm közötti véletlenszerű hullámhosszoknál kaphatjuk. Ez csak I típus (a két alapfrekvenciájú foton azonos polarizációval rendelkezik). 1,064 pm hullámhossznál Nd-vel adagolt YAG lézernél; I típusú vagy II típusú (a két alapfrekvenciájú foton polarizációja ortogonális) 1,064 és 3 pm közötti hullámhosszoknál.
A vizsgált borát esetén a I típusú fázisegyezési szögek 1,064 pm-nél a következők:
Θ 0 sík (x,y) 90° 46,3° (x, z) 19,3° 0°
A nemlineáris koefficienseket az úgynevezett „fázisegyezési szög” módszerével határoztuk meg összehasonlítva egy etanol kristállyal a fő síkokban. A legjobb tulajdonságokat a ZX síkban kaptuk. így:
d,2=0,56 pm/V d32=0,44 pm/V
A deff, vagyis az effektív nemlineáris koefficiens értéke, amelyet a ZX síkban mértünk, a 788-1456 nm-es alaphullámhossz-tartományban a BBO deff értékének 40-70%-át teszi ki.
Ha a Ca4GdO(BO3)3 kristályt egy YAG lézer fényáramába helyezünk, 1,064 pm-nél (6 ns), akkor a károsodást küszöb 1 körüli érték, amely azonos körülmények között hasonló a BBO ilyen értékéhez.
A Ca4GdO(BO3)3 szög elfogadása 2,15 mrd cm, sokkal magasabb, mint a BBO hasonló értéke (1,4 mrd).
A Ca4GdO(BO3)3 walk-off szöge 0,7° (vagyis 13 mrd), vagyis ötször kisebb mint a BBO-é (4°, vagyis 70 mrd).
Az alapharmonikusból a második harmonikusba való átalakulás aránya eléri az 55%-ot. A kristályok stabil választ adnak.
Tekintettel a Ca4GdO(BO3)3 fentebb ismertetett jellemzőire, a Ca4GdO(BO3)3 kristályok új, rendkívül értékes nemlineáris tulajdonságokkal rendelkező anyagot jelentenek.
A becsült effektív nemlineáris koefficiens (deff) alapján, amely a BBO-énak 0,4-0,7-szerese, a Ca4GdO(BO3)3-ban a nemlineáris folyamat hatékonyságának kiválónak kell lennie, amennyiben előállíthatok nagyméretű egykristályok a Czochralski-módszer segítségével.
HU 219 305 Β
Mivel az egykristályokat viszonylag gyorsan és alacsony költséggel állítjuk elő, és ehhez járulnak a fent említett jellemzők, az ilyen egykristályok számos felhasználási területen nagyon jól hasznosíthatók. A felhasználási területek közül a legelteijedtebbek a lézersugarak frekvenciájának kettőzésével kapcsolatosak, pontosabban az infravörös tartományban sugárzókéval, amelyek a látható tartományban eredményeznek sugárzást.
A kristályok felhasználhatók két lézersugár közötti frekvencia összegének vagy különbségének előállítására és optikai parametrikus oszcillátorként is.
Még mindig a felhasználási területekre példaként a fentiekben vizsgált kristályokat Nd-vel adalékoltuk. Közelebbről megvizsgáltuk egy Nd-vel adalékolt Ca4GdO(BO3)3 egykristály tulajdonságait. A fentiek szerint előállított kristályoknál a Gd 5%-át (mól%) Nd-vel helyettesítettük. így a következő vegyületet kapjuk:
Ca4Gd() 95Ndo 05O(BO3)3.
Az így adalékolt kristály előnye, hogy nagyon kicsi az adszorpciója a második harmonikusnak megfelelő hullámhosszoknál, szemben azzal, ami például a jelenleg a kettőző lézerekhez kifejlesztett kristályoknál, például az Nd-vel adalékolt YA13(BO3)4 (NYAB) kristályoknál megfigyelhető, amelyek 531 nm-nél jelentős adszorpcióval rendelkeznek.
Az adszorpciós spektrumban egy széles sáv található, amely 810 nm körüli, és hatásos metszete a mérések szerint 1,5 χ 10 20 cm2.
A 4F3/2—>4Ii i/i2 átmenethez az adagolt kristály emissziója 1060 nm hullámhossznál található, az emisszió hatékony metszete 1,7 χ 10~20 cm2.
mól% Nd-adalék esetén a gerjesztett állapot élettartama 95 ps.
A neodímiummal adalékolt és az X, Y és Z kristálytani tengelyek szerint hasított Ca4GdO(BO3)3 kristállyal elvégzett lézeres vizsgálatok szerint 1060 nmnél lézerhatás figyelhető meg, amelynek jellemzői a következők:
A szivattyúnyaláb teijedési iránya | Küszöb- teljesít- mény (mW) | Differen- ciális hozam (%) | A kibocsátott lézer- sugárnyaláb polarizációja |
X | 288 | 29 | E//Z |
Y | 125 | 34 | E//X |
z | 210 | 29 | E//X |
A frekvenciakettőzés 530 nm-nél hoz létre sugárzást, vagyis a kristály intenzív adszorpciós tartományán kívül. Ezért a találmány szerinti frekvencia-önkettőző lézerekkel ezen második harmonikus erős intenzitását lehet elérni.
A fentiekben említett példák nem korlátozó jellegűek, csupán a találmányt illusztrálják bizonyos megvalósítási esetekben. A fenti példák elegendően bizonyítják a találmány szerinti kristályok előnyeit, hiszen azok viszonylag alacsony költségűek, nagyméretűek és figyelemreméltó tulajdonságaik vannak frekvenciakettőzőként vagy -keverőként, optikai parametrikus oszcillátorként, valamint önkettőző lézerként.
Claims (10)
- SZABADALMI IGÉNYPONTOK1. Kongruens olvasztott készítmény kristályosításával előállított nemlineáris egykristály, amelynek általános képleteM4LnO(BO3)3 aholM jelentése Ca, vagy részlegesen Sr-rel vagy Ba-val szubsztituált Ca,Ln jelentése valamely következő csoportba tartozó fém vagy fémkeverék: Y, Gd, La, Lu és Nd.
- 2. Az 1. igénypont szerinti egykristály, amelynek általános képletében, amikor a Ga részlegesen Sr-rel vagy Ba-val helyettesítve van, a helyettesítő elem legfeljebb olyan koncentrációjú, amelynél az olvasztás már nem kongruens.
- 3. Az 1. igénypont szerinti egykristály, amelynek általános képleteCa4_xSrxLnO(BO3)3 ahol x értéke <0,5.
- 4. Az 1. igénypont szerinti egykristály, amelynek általános képleteCa4_yBayLnO(BO3)3 ahol y értéke <0,5.
- 5. Az 1 -4. igénypontok bármelyike szerinti egykristály, amely adalékot tartalmaz, és általános képleteM4Ln1.zNdzO(BO3)3 ahol M és Ln jelentése a fenti, z értéke legfeljebb 0,2.
- 6. Az M4Ln,_zNdzO(BO3)3 általános képletű egykristály alkalmazása, ahol M és Ln jelentése az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti.
- 7. A 6. igénypont szerinti egykristály alkalmazása frekvencia-önkettőző lézer kialakítására, a képletben M jelentése Ca, Ln jelentése Gd vagy La, és az adalék Nd.
- 8. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti egykristály alkalmazása, ahol a kristályt különálló lézer frekvenciakettőzésére használjuk.
- 9. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti egykristály alkalmazása optikai parametrikus oszcillátorként.
- 10. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti egykristály alkalmazása két különálló lézer frekvenciakeverőjeként.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9501963A FR2730828B1 (fr) | 1995-02-21 | 1995-02-21 | Cristaux non lineaires et leurs applications |
PCT/FR1996/000255 WO1996026464A1 (fr) | 1995-02-21 | 1996-02-16 | Cristaux non lineaires et leurs applications |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
HUP9602910A2 HUP9602910A2 (en) | 1997-05-28 |
HUP9602910A3 HUP9602910A3 (en) | 1998-04-28 |
HU219305B true HU219305B (en) | 2001-03-28 |
Family
ID=9476340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
HU9602910A HU219305B (en) | 1995-02-21 | 1996-02-16 | Non-linear crystals and using them |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6083319A (hu) |
EP (1) | EP0756719B1 (hu) |
JP (1) | JP3875265B2 (hu) |
CN (1) | CN1150427C (hu) |
AT (1) | ATE249061T1 (hu) |
DE (1) | DE69629770T2 (hu) |
FR (1) | FR2730828B1 (hu) |
HU (1) | HU219305B (hu) |
PL (1) | PL316947A1 (hu) |
RU (1) | RU2169802C2 (hu) |
WO (1) | WO1996026464A1 (hu) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IL138662A0 (en) * | 1998-03-27 | 2001-10-31 | Japan Science & Tech Corp | Wavelength conversion crystal and method for generating laser beam, and apparatus for generating laser beam |
US6185236B1 (en) | 1999-02-02 | 2001-02-06 | University Of Central Florida | Self frequency double nd-doped: YCOB LASER |
US6185231B1 (en) | 1999-02-02 | 2001-02-06 | University Of Central Florida | Yb-doped:YCOB laser |
US6676853B1 (en) * | 1999-10-27 | 2004-01-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Phosphor for vacuum ultraviolet excitation material |
US7378042B2 (en) | 2002-10-01 | 2008-05-27 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Nonlinear optical crystal optimized for Ytterbium laser host wavelengths |
US7179405B2 (en) | 2002-10-01 | 2007-02-20 | The Regents Of The University Of California | Nonlinear optical crystal optimized for Ytterbium laser host wavelengths |
US20050190805A1 (en) * | 2003-06-30 | 2005-09-01 | Scripsick Michael P. | Doped stoichiometric lithium niobate and lithium tantalate for self-frequency conversion lasers |
US7622851B2 (en) * | 2006-01-17 | 2009-11-24 | The Penn State Research Foundation | High temperature piezoelectric material |
CN101514489B (zh) * | 2008-02-22 | 2012-03-07 | 中国科学院理化技术研究所 | 含稀土离子的氟硼酸盐、晶体及晶体的生长方法和用途 |
CN101798707B (zh) * | 2009-02-11 | 2012-06-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 非线性光学晶体BaMgBO3F及其制备方法和用途 |
CN101942699A (zh) * | 2010-09-03 | 2011-01-12 | 山东大学 | 一种具有倍频效应的硼酸钙氧盐晶体的生长方法 |
US10133148B2 (en) * | 2015-04-13 | 2018-11-20 | University Of Houston System | Nonlinear optical material and methods of fabrication |
CN109378691B (zh) * | 2018-12-11 | 2021-06-01 | 山东大学 | 一种基于声子带边发射的全固态大功率板条激光器 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5027361A (en) * | 1988-06-21 | 1991-06-25 | Board Of Trustees Of Leland Stanford, Jr., University | Efficient laser harmonic generation employing a low-loss external optical resonator |
US5030851A (en) * | 1990-07-13 | 1991-07-09 | Hoya Optics Inc. | (REx Y1-x Al3 (BO3)4 crystals in electrooptic and nonlinear devices |
US5243615A (en) * | 1991-11-20 | 1993-09-07 | Laserscope | High-powered intracavity non-linear optic laser |
CN1027514C (zh) * | 1992-04-23 | 1995-01-25 | 中国科学技术大学 | 三硼酸铯单晶生长方法及用其制作的非线性光学器件 |
US5343327A (en) * | 1993-11-05 | 1994-08-30 | University Of Central Florida | RbNbB2 O6 crystal and its nonlinear optical devices |
US5611946A (en) * | 1994-02-18 | 1997-03-18 | New Wave Research | Multi-wavelength laser system, probe station and laser cutter system using the same |
US5592325A (en) * | 1994-07-29 | 1997-01-07 | Litton Systems, Inc. | Method and apparatus for laser beam management with frequency converting compounds |
-
1995
- 1995-02-21 FR FR9501963A patent/FR2730828B1/fr not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-02-16 WO PCT/FR1996/000255 patent/WO1996026464A1/fr active IP Right Grant
- 1996-02-16 RU RU96122651/12A patent/RU2169802C2/ru active
- 1996-02-16 DE DE69629770T patent/DE69629770T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-16 JP JP52544496A patent/JP3875265B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-16 HU HU9602910A patent/HU219305B/hu unknown
- 1996-02-16 CN CNB961901152A patent/CN1150427C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-16 AT AT96904152T patent/ATE249061T1/de not_active IP Right Cessation
- 1996-02-16 EP EP96904152A patent/EP0756719B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-16 US US08/722,150 patent/US6083319A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-02-16 PL PL96316947A patent/PL316947A1/xx unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0756719B1 (fr) | 2003-09-03 |
HUP9602910A2 (en) | 1997-05-28 |
CN1150427C (zh) | 2004-05-19 |
ATE249061T1 (de) | 2003-09-15 |
PL316947A1 (en) | 1997-02-17 |
EP0756719A1 (fr) | 1997-02-05 |
RU2169802C2 (ru) | 2001-06-27 |
DE69629770D1 (de) | 2003-10-09 |
FR2730828B1 (fr) | 1997-04-30 |
JP3875265B2 (ja) | 2007-01-31 |
FR2730828A1 (fr) | 1996-08-23 |
US6083319A (en) | 2000-07-04 |
WO1996026464A1 (fr) | 1996-08-29 |
DE69629770T2 (de) | 2004-07-01 |
CN1146812A (zh) | 1997-04-02 |
JPH09512354A (ja) | 1997-12-09 |
HUP9602910A3 (en) | 1998-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Roth et al. | Oxide crystals for electro-optic Q-switching of lasers | |
HU219305B (en) | Non-linear crystals and using them | |
JP4061797B2 (ja) | ホウ酸塩単結晶及びその育成方法並びにこれを用いたレーザ装置 | |
US8300305B2 (en) | Use of undoped crystals of the yttrium/aluminum/borate family for creating non-linear effects | |
Zhang et al. | Growth and investigation of efficient self-frequency-doubling NdxGd1− xCa4O (BO3) 3 crystal | |
Doualan et al. | Latest developments of bulk crystals and thin films of rare-earth doped CaF2 for laser applications | |
US5123022A (en) | Frequency mixing crystal | |
US7260124B1 (en) | Nonlinear optical crystal optimized for ytterbium laser host wavelengths | |
Vivien et al. | Crystal growth and optical properties of rare earth calcium oxoborates | |
JP2009215167A (ja) | ボレート系結晶の製造方法とレーザー発振装置 | |
Mat | Laser crystals with low phonon frequencies | |
US7378042B2 (en) | Nonlinear optical crystal optimized for Ytterbium laser host wavelengths | |
CN1053021C (zh) | 掺稀土四硼酸铝钆晶体及其生长方法 | |
Lu et al. | Growth of Nd3+‐doped LiNbO3 optical superlattice crystals and its potential applications in self‐frequency doubling | |
Jiang et al. | Growth and optical properties of ErCa4O (BO3) 3 crystals | |
Pujol et al. | Yb3+-doped KLu (WO4) 2, Nb: RbTiOPO4 and KGd (PO3) 4 crystals. Growth, characterization and laser operation | |
Jubera et al. | Crystal growth and optical characterizations of Yb3+-doped LiGd 6 O 5 (BO 3) 3 single crystal: a new promising laser material | |
Wei et al. | Growth, Thermal and Polarized Spectral Properties of Nd3+-Doped Gd1− x La x Ca4O (BO3) 3 (x= 0.16 and 0.33) Crystals | |
Jang et al. | Improved Second-Harmonic Generation by Selective Yb Ion Doping in a New Nonlinear Optical Crystal YCOB | |
JPH0618949A (ja) | セリウム‐ドープされた光学デバイス | |
Reino et al. | Frequency conversion for blue laser emission in Gd1− xYxCOB | |
Zhang et al. | A new oxyborate crystal, GdCa4O (BO3) 3: defects and optical properties | |
CN114108085A (zh) | 一种氟硼铝酸钡二阶非线性光学晶体及其制备方法和用途 | |
Reino et al. | Crystal growth of Ca4Gd1− xYxO (BO3) 3 (0.07< x< 1) compositions for non-critical phase matched frequency conversion of Nd3+ doped laser hosts. | |
BR102019020095A2 (pt) | Cristal de l-treonina dopado com cloreto de neodímio iii para uso em dispositivos ópticos |