[發(fā)明專利]釔/鋁/硼酸鹽類未摻雜晶體在產(chǎn)生非線性效應(yīng)方面的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880021301.5
• 申請日: 2008-05-16
• 公開（公告）號: CN101689005A
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·利茨
• 申請（專利權(quán)）人: 礦物材料和金屬材料寶石/貴金屬研究所有限責(zé)任公司
• 主分類號: G02F1/355
• 分類號: G02F1/355
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 沙永生;周承澤

本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生相干的藍光或紫外光的方法，釔/鋁硼酸鹽類晶體產(chǎn)生相干的藍光或紫外光的應(yīng)用，以及特別適合用來產(chǎn)生相干的藍光或紫外光的釔/鋁/硼酸鹽類的晶體。?

科學(xué)技術(shù)背景?

在藍光或紫外光范圍產(chǎn)生激光的固態(tài)激光器是技術(shù)領(lǐng)域中許多具有高市場潛力的應(yīng)用的重要光源，所述應(yīng)用包括例如微型機械加工、精確測量工程，半導(dǎo)體制造，生物科技，醫(yī)藥工程，顯示器和印刷技術(shù)等。?

這些應(yīng)用所需的波長都處于小于450納米的光譜范圍內(nèi)。常見的波長(所謂的基波)通過非線性頻率轉(zhuǎn)換，可以產(chǎn)生紫外波長，其占據(jù)著特殊的地位。因此例如各種激光器主體晶體中的Nd³⁺結(jié)產(chǎn)生的波長可以在以下范圍內(nèi)：1.047-1.080μm：0.349-0.360μm(三倍頻)，0.261-0.270μm(四倍頻)，0.209-0.216μm(五倍頻)。其他的例子是基于Yb³⁺的0.980-1.100μm的基波(因此以類似的方式可以覆蓋0.326-0.366，0.245-0.275和0.196-0.220μm)，基于Pr³⁺的0.490-0.730μm的基波(倍頻得到0.245-0.365μm的波長)，等等。基波是可以由處于各種頻率轉(zhuǎn)換選擇相關(guān)范圍內(nèi)的大量激光源產(chǎn)生的(例如二極管泵浦的固態(tài)激光器，二極管激光器，纖維激光器)。具有相應(yīng)的非線性光學(xué)(NLO)性質(zhì)的晶體允許進行所需的頻率轉(zhuǎn)換。用于特定應(yīng)用的NLO晶體必須滿足以下一般要求：?

-可以針對所需的頻率轉(zhuǎn)換進行相位調(diào)適(phase-adaptable)，?

-對基波波長和轉(zhuǎn)換后的波長透明，?

-作為光源操作時具有低光損耗和高破壞閾值，?

-性質(zhì)適于晶體生長和機械加工，使得可以制得可商業(yè)使用的NLO部件，?

-足夠高的有效非線性。?

目前已知的可以在商業(yè)上使用的適合頻率轉(zhuǎn)換到藍光或紫外光頻譜中的NLO晶體是BBO(BaB₂O₄，β-硼酸鋇)，LBO(LiB₃O₅，三硼酸鋰)，?YCOB(YCa₄O(BO₃)₃，BiBO(BiB₃O₆，硼酸鉍)和CLBO(CsLiB₆O₁₀)。?

BBO，LBO，YCOB和BiBO允許1.064微米的波長三倍頻。這些NLO晶體通過兩種波長(本文所述為1.064μm＝λ及其二次諧波0.532μm＝λ/2)的所謂合頻發(fā)生(SFG)，可以產(chǎn)生0.355μm＝λ/3的三次諧波。在所述的第I類中，混合波長包括相同的偏振，在所述的第II類中，混合波長正交偏振的。?

即使在晶體中發(fā)生了基本非線性效應(yīng)，它們的效率也要取決于一些另外的次要條件。因此，對于高效SFG，必須使得輻射的一種或多種波以及晶體中產(chǎn)生的一種或多種波相長相干。為此，必須進行相位調(diào)適，也即是說，需要尋找晶體中的傳播方向，由此在頻率轉(zhuǎn)換中得到能量和脈沖。如果波在該方向的傳播速度相同，則可以達到這一點。相位調(diào)適角度或取向角度如圖1定義：?

關(guān)于NLO晶體數(shù)據(jù)的詳細(xì)概括可以參見參考文獻Nik?03。補充信息可參見Eim?87，Ger?03和Pel?06。這些參考文獻還描述了化學(xué)組成和主要的材料性質(zhì)。?

BBO和CLBO可以在商業(yè)上用作0.532μm的倍頻(或者SHG，二次諧波發(fā)生)的NLO晶體。1.064μm的四倍頻也可以看作0.532μm＝λ的倍頻以產(chǎn)生0.266μm＝λ/2的紫外光。?

可以用來產(chǎn)生藍光或紫外光激光源的市售NLO晶體在其應(yīng)用領(lǐng)域具有以下缺陷：?

-BBO：BBO的缺點在于，材料對潮濕敏感(因此表面不穩(wěn)定，比較難以進行拋光和涂覆)，而且受光角不良(disadvantageous?angle?acceptance)，以及發(fā)生“走離”。后者限制了基波的可聚焦性以及可用的晶體長度。?

-LBO：LBO的缺點在于材料對潮濕敏感，對短波長缺少相位調(diào)適性(當(dāng)波長低于555nm的時候，便無法進行SHG)。?

-YCOB：YCOB和此類的其它晶體的缺點在于，低非線性系數(shù)，對短波缺少相位調(diào)適性(低于720nm的時候，無法進行SHG)。?