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商品描述：β相偏硼酸鋇晶體(β-BaB₂O₄)

BBO（β相偏硼酸鋇晶體，β-BaB₂O₄）是由中國科學院物質結構研究首次發現和研制的新型紫外倍頻晶體，由福晶公司進行生產和銷售.福晶公司享有熔鹽法生產BBO晶體的專利知識產權。
 

BBO

主要優點

*　可實現相位匹配的波段范圍寬（409.6-3500nm）
*　可透過波段范圍寬（190-3500nm）
*　倍頻轉換效率高(相當于KDP晶體的6倍）
*　光學均勻性好
*　高損傷域值（100ps脈寬的1064nm10GW/cm²）
*　溫度接收角寬（55℃左右）

主要應用

* 　Nd:YAG和Nd:YLF激光的二,三,四,五倍頻
* 　染料激光的倍頻,三倍頻和混頻
* 　Ti:Sappire和Alexandrite激光的二,三,四倍頻
* 　光學參量放大器(OPA)與光學參量振蕩器(OPO)
* 　氬離子,紅寶石和Cu蒸汽激光器的倍頻
* 　在全固態可調激光,超快脈沖激光,深紫外激光等高、精、尖激光技術領域的研發領域 　

主要性能：

BBO是一種負單軸晶體，它的o-ray折射系數（no）要比e-ray（ne）折射系數大，可通過Selleimer方程來計算(λ in μm):

no2=2.7359+0.01878/(λ2-0.01822)-0.01354λ2

ne2=2.3753+0.01224/(λ2-0.01822)-0.01516λ2

通過角度調諧可獲得I、II類的相位匹配。

有效倍頻系數由下列方程式得出：

I類:deff=d31sinθ+(d11cos3φ-d22sin3φ)cosθ

II類:deff=(d11sin3φ+d22cos3φ)cos2θ

θ和φ分別指向極坐標中的z(=c)和x(=a)

結構和物理特性：

晶體結構三方晶系，空間群 R3c

單孢參數a=b=12.532A,c=12.717A,Z=7

熔點1095±5℃

相變點925±5℃

光學均勻性δn≈10^-6/cm

莫氏（Mohs）硬度4

密度3.85 g/cm3

吸收系數<0.1%/cm(at 1064nm)

比熱1.91J/cm3 xK

潮解性低

熱膨脹系數a,4 x 10^-6/K; c, 36x 10^-6/K

熱導率⊥c,1.2W/m/K; //c, 1.6W/m/K

線性光學特性

透光范圍189-3500nm

折射系數

at 1064 nm n_e=1.5425,n_o=1.6551

at 532 nm n_e=1.5555,n_o=1.6749

at 266 nm n_e=1.6146,n_o=1.75711

熱光系數dn_o/dT=-9.3×10^-6/℃

dn_e/dT=-16.6×10^-6/℃

非線性光學特性：

相位匹配輸出波長189-1750nm

非線性光學系數d11=5.8×d36(KDP)

d31=0.05×d11

d22<0.05×d11

光電系數γ11=2.7pm/V,γ22,γ31<0.1γ11

半波電壓48KV(at 1064 nm)

損失閾值

at 1064nm 0.5GW/cm2 (10ns, 10HZ, AR-coated)

at 532nm 0.3GW/cm2 (10ns, 10HZ, AR-coated)

Nd:YAG激光器中的應用

BBO晶體在Nd:YAG激光二、三、四倍頻上的性能優異，是213nm光五倍頻的最佳選擇。二倍頻的轉換效率大于70％，三倍頻60％，四倍頻50％，213nm光五倍頻的輸出功率可達200mW。表1是Nd:YAG激光下BBO和KD*P的性能比較。表2是BBO從二倍頻到五倍頻的基本非線性光學特性比較。

BBO對高功率Nd:YAG激光腔內倍頻的效果也非常理想。使用福晶防反射鍍膜BBO的聲光調QNd:YAG激光器腔內倍頻可獲得15W平均功率的532nm光。 使用600mW倍頻輸出的鎖模Nd:YLF激光器泵浦，Brewster斜角BBO腔外共振可輸出66mW的266nm的光。

表1. BBO and KD*P的諧波效果比較

晶體 1w(mJ) SHG(mJ) THG(mJ) 4HG(mJ) 5HG(mJ)

BBO 220 105 39 18.5 5

600 350 140 70 20

KD*P 600 270 112.5 45 /

表2. I BBO 晶體的NLO特性

SHG THG 4HG 5HG

有效NLO系數 (d36(KDP)) 5.3 4.9 3.8 3.4

接收角(mrad-cm) 1.0 0.5 0.3 0.2

發散角 (degree) 3.2 4.1 4.9 5.5

由于BBO具有較小的接收角和較大的發散角，因此獲得理想的轉換效率的關鍵是使用較好質量的光源（具有小的發散度，較好的模式條件等）。不推薦對光束進行聚焦。

可調諧激光的應用

1.燃料激光

用I類BBO可輸出二次諧波效率超過10％，波長大于206nm的紫外線(205nm-310nm)。用150KW染料激光器泵浦的XeC1激光可獲得36％的轉換率，是ADP的4-6倍。最短204.97nmSHG波長光得到的轉換率約為1％。

用BBO將780-950nm和248.5nm光（495nm染料激光的SHG輸出）進行I類和頻，可輸出從188.9nm-197nm的最短紫外線，其中193nm光的脈沖能量為95mJ，189nm光的脈沖能量8mJ。

2.超快脈沖激光

在超快脈沖激光的二、三倍頻中，BBO的性能要大大優于KDP和ADP。目前，福晶可提供的最小尺寸的BBO晶體為0.01mm。在相速度匹配和群速度匹配方面，用一個小型BBO晶體可達到10fs激光脈沖的有效倍頻。

3.鈦寶石激光和Alexandrite激光

使用BBO晶體的Alexandrite激光的I類二次諧波可輸出波長范圍360nm-390nm的紫外線，其中378nm波長光的脈沖能量為105mJ（31％的二次諧波轉換率），三次諧波可輸出波長范圍244nm-259nm，脈沖能量7.5mJ（24％的混頻轉換率）的紫外光。

鈦寶石激光可獲得大于50％的二次諧波轉換率，以及更高的三次和四次諧波轉換率。

4. 氬離子激光和銅蒸氣激光

在應用腔內倍頻技術的全線功率為2W的氬離子激光中，Brewster斜切BBO晶體可獲得波長范圍在228.9nm-257.2nm的36線深紫外光，最大功率33mW（波長250.4nm）。

5106.nm的銅蒸氣激光的二次諧波輸出的紫外線功率可達230mW（波長255.3nm），最大能量轉換率為8.9％。

在OPO和OPA中的應用

BBO在OPO和OPA中的功能非常強，可產生從紫外線到紅外線的一系列可調諧射線。圖5和圖6分別是I類和II類BBO在OPO、OPA中的調諧角度的計算結果。

1.532nm泵浦OPO

一個7.2mm長的I類BBO晶體可獲得波長范圍680 nm-2400nm的OPO輸出，峰值功率1.6mW，能量轉換率可達30％。輸入泵浦能量為532nm波長40mJ，脈沖寬度為75ps。較長的BBO晶體可獲得更高的能量轉換率。

2.355nm泵浦OPO和OPA

用Nd:YAG激光泵浦，使用BBO的OPO的輸出能量超過100mJ，波長范圍400nm-2000nm。使用福晶BBO晶體的OPO系統輸出的可調諧波長范圍在400nm-3100nm，確保了波長430nm-2000nm部分的能量轉換率在18％-30％之間。

II類BBO可用來減小線寬。利用BBO獲得了0.05nm的線寬和12％的轉換率。但是，在II類相位匹配中，一個較長的BBO晶體(>15mm)通常被用來減小起振閾值。

用一個355nm波長的皮秒Nd:YAG激光來泵浦使用BBO的OPA獲得的脈沖具有窄帶(<0.3nm)，能量高(>200μJ)和可調諧性高(400nm-2000nm)的特點。這種OPA可獲得超過50％的最大能量轉換率，因此在很多方面都比通常的染料激光性能優越，如轉換率高，可調諧范圍寬，易維護，設計簡單，操作簡便等。 另外，使用BBO的OPO或二次諧波BBO的OPA可獲得205nm-3500nm范圍的連續射線。 #p#分頁標題#e#

3.其他

對被308nm波長的XeCl準分子激光泵浦的I類BBO晶體進行角度調諧可獲得一個信號波長范圍422nm-477nm的可調OPO。用266nm波長的Nd:YAG激光的四次諧波對使用BBO的OPO泵浦可輸出一個完整的330nm -1370nm的波長范圍。

用615nm波長，1mJ，80fs的染料激光泵浦使用兩塊BBO晶體的OPA，可獲得大于50μJ (最大130μJ)的能量,小于200fs的超短波脈沖, 800nm-2000nm的波長范圍.

最佳晶體形狀和切割

福晶將根據客戶的要求和具體使用情況，來選擇最合適的晶體形狀和尺寸，以達到最佳的轉化效率。

福晶生產的BBO設備能夠很好地體現晶體的切割方向和尺寸特征。方向完全由非線性光學過程來決定，例如，對1064nm波的I類倍頻，BBO的切割角為θ=22.8°，φ=0°。晶體尺寸通過三維尺寸來描述，如W×H×L(mm³)。為了選擇一個最合適的寬度（W），應該首先考慮影響晶體的光束直徑和波長可調諧范圍。 最佳的晶體高度（H）應該比光束直徑稍大（如1-2mm）。雖然BBO晶體通常的設計長度（L）為7mm，但是根據使用情況來選擇最佳值仍為上策。例如，OPO或OPA使用的晶體長度為12mm，而超短波脈沖激光的二次、三次諧波需要的晶體長度不超過1mm。

對不同的應用情況推薦相對應的晶體尺寸和切割，列表如下(假定光束直徑對晶體的影響為φ2mm- φ3mm)：

1.Nd:YAG激光諧波效果

1064nm

Type I, 4×4×7mm,22.8°-cut 532nm
Type I, 4×4×7mm,31.3°-cut 355nm
Type II, 4×4×7mm,38.6°-cut 355nm
Type I, 4×4×7mm,47.68°-cut 266nm
Type I, 4×4×7mm,51.1°-cut 213nm

2.Nd:YAG激光諧波泵浦的OPO和OPA

532nm Type I, 4×4×12-15mm,21°-cut 680-2600nm

355nm

Type I, 6×4×12-15mm,30°-cut

Type II, 7×4×15-20mm,37°-cut 410-2600nm

266nm Type I, 6×4×12-15mm,39°-cut295-2600nm

3.染料激光倍頻

670-530nm Type I, 6×4×7mm,40°-cut335-265nm

600-440nm Type I, 8×4×7mm,55°-cut300-220nm

444-410nm Type I, 8×4×7mm,80°-cut222-205nm

4.鈦寶石激光諧波

700-1000nm

Type I, 7×4×7mm,28°-cut350-500nm

Type I, 8×4×7mm,42°-cut240-330nm

Type I, 8×4×7mm,66°-cut210-240nm

5.Alexandrite激光二、三倍頻

720-800nm

Type I, 4×4×7mm,31°-cut360-400nm

Type I, 7×4×7mm,48°-cut240-265nm

6.Brewster斜切BBO的氬離子激光腔內倍頻

514nm Type I, 4×4×7mm,51°B-cut257nm

488nm Type I, 4×4×7mm,55°B-cut244nm

7.銅蒸氣激光倍頻

510nm Type I, 4×4×7mm,50°-cut255nm

578nm Type I, 4×4×7mm,42°-cut289nm

鍍膜

1.防護鍍膜(P-coating)

由于BBO具有較低的潮解性，因此潮濕的空氣易使拋光的BBO晶體表面變得模糊。故使用了一種有效的防護鍍膜(P-coating)來防止晶體受潮。此產品具有如下特點：

*　使用壽命長

95%濕度下可使用至少6個月，較低濕度（如80％）下的使用壽命更長。

*　高損失閾值

1064nm波，30ps脈沖寬度，大于7GW/cm²；1064nm波，10ns脈沖寬度，反復率10HZ，0.5GW/cm² 。

*　傳輸效果好

在200nm-3500nm波長范圍內，鍍膜晶體的傳輸效果優于未鍍膜的晶體。

2.防反射鍍膜 (AR-coating)

福晶提供1064nm和532nm波的單頻和雙頻防反射鍍膜BBO。雙頻防反射鍍膜具有低反射比(1064nm波小于0.2%，532nm波小于0.4%),高損失閾值, 防潮，使用壽命長的特點。此外還提供其他波長的防反射鍍膜。

BBO晶體的品質保證規范

* 波前畸變:小于 λ/8 @ 633nm
* 尺寸公差:(W±0.1mm)x(H±0.1mm)x(L±0.2mm/-0.1mm)
* 通光孔徑: 大于 90% 中央直徑
* 平面度: λ/8 @ 633nm
* 光潔度:10/5 to MIL-O-13830A
* 平行度: 優于20秒
* 垂直度: 5 分
* 角度偏差: △θ<±0.5°,△φ<±0.5°
* 品質保證期: 一年內正常使用。

備注

1.BBO晶體的潮解性較低，建議用戶在干燥的環境中使用和保存晶體。

2.勿損傷晶體拋光面。

3.BBO的接收角較小，請小心調節角度。

4.客戶如需定制產品，請提供激光器的主要性能參數，如脈沖能量，脈沖寬度，脈沖重復頻率，連續光能量，光束直徑，模式條件，發散角，可調波長范圍等。