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LBO非线性晶体

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LBO非线性晶体
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LiB3O5(三硼酸锂)晶体是迄今发现可用于非临界相位匹配激光倍频的最为优良的非线性光学晶体之一，它具有良好的非线性光学特性及稳定的物化性能，其中尤为重要的是，它的色散量对温度变化很敏感，在倍频过程中可以实现非临界相位匹配，由于它的破坏阀值很大，意味着可以实现大功率的基波泵浦，同时也可采用较长的光学晶体，这些无疑对获取大功率的倍频激光很有帮助。

在1.064μm光下，LBO非线性晶体的有效SHG系数是KDP的3倍。LBO的光损伤阈值是常用无机非线性光学晶体中最高的。因此，它是高功率二次谐波发生器和其他非线性光学应用的最佳选择之一。

特点

  • 高光学均匀性；
  • 透明区域广泛；
  • 可调波长范围大；
  • 对水分的敏感性低；
  • 接收角度宽，离散角度小；
  • 光谱非临界相位匹配（NCPM）接近1300nm；
  • 倍频转换效率较高(相当于KDP晶体的3倍）；
  • I,II类非临界相位匹配（NCPM）的波段范围宽；
  • 高损伤阈值（脉宽为1.3ns的1053nm激光可达10GW/cm2)；

物理和化学特性

属性数值
化学式LiB3O5
晶体结构斜方，空间群Pna21，点群mm2
晶格参数a=8.4473Å ,b=7.3788Å, c=5.1395Å, Z=2
质量密度2.47 g/cm3
莫氏硬度6
熔点About 834°C
导热系数3.5W/m/K
双折射负双轴晶体：λ=0.5321μm时2Vz =109.2˚

非线性光学性质

属性数值
SHG相位匹配范围551 ~ 2600nm (Type I);790-2150nm (Type II)
NLO系数deff（I）=d32cosΦ（XY平面中的I型）
deff（I）=d31cos2θ+d32sin2θ（XZ平面中的I型）
deff（II）=d31cosθ（YZ平面中的II型）
deff（II）=d31cos2θ+d32sin2θ（XZ平面中的II型）
NLO敏感性未消失d31=1.05 ± 0.09 pm/V
d32=-0.98 ± 0.09 pm/V
d33= 0.05 ± 0.006 pm/V
热光学系数（°C，λinμm）dnx/dT=-9.3X10-6
dny/dT=-13.6X10-6
dnz/dT=(-6.3-2.1λ)X10-6
角度接受6.54mrad-cm（Φ，I型，1064 SHG）15.27mrad-cm（q，II型，1064 SHG）

线性光学性质

属性数值
透明范围169 – 2600 nm
吸收系数<0.1%/cm @1064nm;<0.3%/cm @532nm
折光指数 
在 1.0642 mmnx = 1.5656, ny = 1.5905, nz=1.6055
在 0.5321 mmnx = 1.5785, ny = 1.6065, nz=1.6212
在 0.2660 mmnx = 1.5973, ny = 1.6286, nz=1.6444
Sellmeier方程（λ in μm）nx2=2.454140+0.011249/(λ2-0.011350)-0.014591λ2-6.60×10-5λ4
ny2=2.539070+0.012711/(λ2-0.012523)-0.018540λ2+2.0×10-4λ4
nz2=2.586179+0.013099/(λ2-0.011893)-0.017968λ2-2.26×10-4λ4

相位匹配角实验值（T=293K）

相互作用波长[μm]Φexp [deg]θexp [deg]
XY平面θ= 90°  
          SHG, o+o ⇒ e
1.908⇒0.95423.8 
1.5⇒0.757 
1.0796⇒0.539810.6/10.7 
1.0642⇒0.532111.3/11.4/11.6/11.8 
0.946⇒0.47319.4/19.5 
0.930⇒0.46521.3 
0.896⇒0.44823.25 
0.88⇒0.4424.53 
0.850⇒0.42527 
0.84⇒0.4227.92 
0.836⇒0.41828.3 
0.80⇒0.4031.7 
0.794⇒0.39732.3 
0.786⇒0.39333 
0.78⇒0.3933.7 
0.7735⇒0.3867534.4 
0.75⇒0.37537.13/37 
0.746⇒0.37337.5 
0.7094⇒0.354741.8/41.9/42/43.5 
0.63⇒0.31555.6 
0.555⇒0.277586 
0.554⇒0.27790 
          SFG, o+o ⇒ e  
1.3414+0.6707⇒0.4471320 
1.0642+0.5321⇒0.3547337/37.1/37.2 
1.053+0.5265⇒0.35138.2 
1.0642+0.35473⇒0.2660560.7/61 
0.86+0.43⇒0.286761 
1.3188+0.26605⇒0.2213970.2 
0.21284+2.35524⇒0.195250.3 
0.21284+1.90007⇒0.191463.8 
0.21284+1.58910⇒0.1877488 
YZ 平面, Φ=90◦  
          SHG, o+e ⇒ o
1.908⇒0.954 46.2
1.5⇒0.75 14.7
1.0796⇒0.5398 19.2
1.0642⇒0.5321 19.9/20.5/20.6/21.0
          SFG, o+e ⇒ o  
1.0641+0.53205⇒0.3547 42/42.7
1.0642+0.5321⇒0.35473 42.2/42.5/43.2
XZ 平面, Φ=0◦, θ＜VZ  
          SHG, e+o ⇒ e
1.3414⇒0.6707 3.6/4.2/5.0
1.3188⇒0.6594 5.2
1.3⇒0.65 5.4
XZ 平面, Φ=0◦, θ＞VZ  
          SHG, e+e ⇒ o
1.3414⇒0.6707 86.1/86.3/86.6
1.3188⇒0.6594 86
1.3⇒0.65 86.1
1.24⇒0.62 86

非关键相位匹配（NCPM）温度的实验值

相互作用波长[μm]T[℃]
沿X轴          SHG, typeⅠ 
1.547⇒0.7735117
1.46⇒0.7350
1.252⇒0.6263.5
1.25⇒0.625-2.9
1.215⇒0.607521
1.211⇒0.605520
1.206⇒0.60324
1.2⇒0.624.3
1.15⇒0.57561.1
1.135⇒0.567577.4
1.11⇒0.555108.2
1.0796⇒0.5398112
1.0642⇒0.5321148/148.5/149/149.5/151
1.047⇒0.5235166.5/167/172/175/176.5/180
1.025⇒0.5125190.3
          SFG, typeⅠ 
1.908+1.0642⇒0.683281
1.444+1.08⇒0.617923
1.135+1.0642⇒0.5491112
1.547+0.7735⇒0.5157141
          DFG, typeⅠ 
0.532-0.8⇒1.588135
沿Z轴          SHG, type II 
1.342⇒0.67135
1.3⇒0.6546

光谱

LBO传输频谱

LBO非线性晶体的SHG调谐曲线

在不同的泵浦光（即530 nm，355 nm和266 nm）下，LBO（在“ XY”平面上的Type I（ooe））的OPO调谐曲线

参考文献

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