KNbO3 - нелинейные кристаллы
- Длина волны лазера: 850 - 1000, 1064 нм.
- Прозрачность в диапазоне: 400 - 5500.
Кристалл KNbO3 представляет собой кислородный октаэдрический сегнетоэлектрик со структурой перовскита. Благодаря большому коэффициенту нелинейности (d31=15,8 пм/В; d32=18,3 пм/В), широкому диапазону прозрачности (0,4 ~ 5 мм) и отсутствию фоторефрактивных эффектов является хорошим кандидатом для нелинейного преобразования частоты с помощью QPM. Кристаллы KNbO3 имеют средний показатель преломления 2,2.
Теоретическое значение нормального отражения падающего излучения составляет 14%, а теоретическое пропускание - более 80%. Кроме того, KNbO3 может быть использован для оптических параметрических колебаний при накачке Nd:YAG-лазеров на основной или второй гармонике, что позволяет получать перестраиваемое излучение в ближней ИК-области спектра в диапазоне 0,7 - 3 мкм.
Особенности:
- Большие нелинейно-оптические коэффициенты.
- Высокая стабильность при облучении светом.
- Высокий нелинейно-оптический коэффициент.
- Отличные фоторефрактивные характеристики.
- Благоприятные фазово-согласующие свойства.
Физические и химические свойства
| Параметр | Значение | Ед. Измерениия |
|---|---|---|
| Формула |
KNbO3 |
|
| Кристаллическая структура | Ромбическая, 2mm |
|
|
Константа решетки |
a = 5,6896 b = 3,9692 c = 5,7256 |
Å |
| Плотность | 4,617 | г/см3 |
| Температура плавления | 1333 | °C |
| Температура Кюри |
498
|
°C
|
|
Соответствие диэлектрических и кристаллографических осей |
X, Y, Z ⇒ b, a, c
|
|
| Удельная теплоемкость cp (P = 0,101325МПа) |
767 |
Дж/(кг⋅К) |
| Коэффициент теплопроводности | 3,5 |
Вт⋅м-1⋅К-1 |
| Коэффициент теплового расширения |
aa=5.010×10-6
ab=1.410×10-5 ac=5.010×10-7 |
℃-1
|
Линейные оптические свойства
| Параметр | Значение | Ед. Измерениия |
|---|---|---|
| Прозрачность | 400 - 5500 |
нм
|
| Длина волны отсечки ИК-диапазона | 5,5 |
мкм
|
| Потери на поглощение (1064) |
<1
|
%/см
|
| Порог повреждения |
<4 (527 нм, 500 с, одиночный импульс)
<6 (1054 нм, 700 пс, одиночный импульс) |
Дж/см2 |
Нелинейные оптические свойства
| Параметр | Значение | Ед. Измерениия |
|---|---|---|
|
Коэффициенты NLO (1064 нм) |
d31 = -15,8 d32 = -18,3 |
пм / В
|
|
Наименьшая длина волны SHG |
425 (Тип I, y- или a- срез) | нм |
|
Телесный угол приема (тип I SHG 1064 нм) |
Dq=0,24
(внутренний) |
мрад/см |
| Температурный режим приема (тип I SHG 1064 нм) |
DT=0,3
|
℃/см
|
Экспериментальное значение угла фазового согласования (T=293K)
| Длина волны взаимодействия [мкм] | φэксп [°] | θэксп [°] |
|---|---|---|
| Плоскость XY, θ = 90° | ||
| ГВГ, e + e → o | ||
| 0,946 → 0,473 | ≈30 | |
| 4,7599 → 2,37995 | 69,9 | |
| Плоскость YZ, φ = 90° | ||
| ГВГ, o + o → e | ||
| 0,86 → 0,43 | 83,5 | |
| 0,89 → 0,445 | 70,7 | |
| 0,92 → 0,46 | 64,0 | |
| 0,94 → 0,47 | 60,5 | |
| 1,0642 → 0,5321 | 46,4 | |
| 1,3188 → 0,6594 | 30,6 | |
| 1,3382 → 0,6691 | 29,7 | |
| 3,5303 → 1,76515 | 37,3 | |
| 4,7291 → 2,36455 | 77,3 | |
| ГСЧ, o + o → e | ||
| 1,3188 + 0,6594 → 0,4396 | 62,3 | |
| 1,3188 + 1,0642 → 0,5889 | 37,7 | |
| 4,7762 + 3,1841 → 1,9105 | 46,6 | |
| 5,2955 + 3,5303 → 2,1182 | 59,5 | |
| Плоскость XZ, φ = 0° | ||
| ГВГ, o + o → e | ||
| 1,0642 → 0,5321 | 70,4 | |
| 1,3188 → 0,6594 | 56,8 | |
| 1,3382 → 0,6691 | 56,2 | |
| 3,5303 → 1,76515 | 58,8 | |
| ГСЧ, o + o → e | ||
| 1,3188 + 1,0642 → 0,5889 | 62,6 | |
| 5,2955 + 3,5303 → 2,1182 | 86,1 | |
Экспериментальное значение температурной полосы пропускания при T = 295 K
| Длина волны взаимодействия [мкм] | θэксп [°] | ΔT [°C] |
|---|---|---|
| Плоскость YZ, φ = 90° | ||
| ГВГ, o + o → e | ||
| 1,0642 → 0,5321 | 46,4 | 0,39 |
| 1,3382 → 0,6691 | 29,7 | 0,59 |
| 3,5303 → 1,76515 | 37,1 | 2,3 |
| ГСЧ, o + o → e | ||
| 5,2955 + 3,5303 → 2,1182 | 59,5 | 2,4 |
| Плоскость XZ, φ = 0° | ||
| ГВГ, o + o → e | ||
| 1,0642 → 0,5321 | 71,4 | 0,77 |
| 1,3382 → 0,6691 | 56,2 | 2,2 |
| 3,5303 → 2,1182 | 58,1 | 10,1 |
Благодаря высоким коэффициентам второго порядка (нелинейным) и благоприятным фазовым свойствам KNbO3 является материалом для удвоения частот маломощных лазерных диодов в области длин волн около 860 нм, Ti:sapphire-лазеров в диапазоне 850 - 1000 нм и Nd:YAG-лазеров на 1064 нм.
- Электрооптика и нелинейная оптика.
- Фоторефрактивные приложения с использованием лазерных диодов.
- Динамическая голография и оптическое фазовое сопряжение в ближней ИК - области.
- Оптические волноводы.
- Оптическая генерация второй гармоники (SHG).
- Удвоитель частоты.
