YCOB Nichtlinearer Kristall – Laser-Crylink.de

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YCOB-Kristalle sind einer der häufigsten verwendeten nichtlinearen optischen Kristalle. Sein nichtlinearer optischer Koeffizient entspricht dem von BBO-Kristall und LBO-Kristall. Die effektiven Frequenzmultiplikationskoeffizienten zweiter und dritter Ordnung erreichen das 2-, 8- und 1-, 4-fache von KDP. Der YCOB-Kristall hat die folgenden Vorteile: große Apertur, hohe Schadensintensität im Femtosekundenbereich, etwa 2000-2500 GW / cm²breiter zulässiger Winkel Bereich und zulässiger Temperaturbereich, kleiner Dispersionswinkel, kürzere Wachstumsperiode nach der Cz-Methode. Gleichzeitig hat es stabile physikalische und chemische Eigenschaften (nicht zerfließend) und gute Bearbeitungseigenschaften. Daher gilt es als gute Anwendungsperspektiven für blau-grünes Licht und UV-Band optischen Frequenzvervielfacherkristall.

YCOB (YCa₄O (BO₃)₃, Yttriumcalciumoxyborat) – Nichtlinearer Kristall mit guten Aussichten auf einen optischen Frequenzvervielfacher im UV-Band

Eine der neuesten technischen Errungenschaften im Zusammenhang mit YCOB ist die Erzeugung einer 2,35-W-CW-Grünleistung (λ = 532 nm) in einem 1,2 cm langen Kristall (θ = 64,5◦, φ = 35,5◦) über die SHG zwischen den Hohlräumen von a endgepumpter Nd: YVO4-Laser mit Diodenarray (P = 5,6 W). Eine andere ähnliche Anwendung ist THG von NdYVO4-Laserstrahlung. Unter Verwendung des KTP-Kristalls zur Frequenzverdopplung und eines 1,1 cm langen YCOB-Kristalls (θ = 106◦, φ = 77,2◦) gelang es den Autoren, 124 mW Quasi-CW-Licht (Pulswiederholungsfrequenz 20 kHz) bei 355 nm zu erhalten.

Parameter

Physikalische und Chemische Eigenschaften

Kristall Struktur	Monoklin, Punktgruppe m
Gitter Parameter	a=8.0770 Å, b=16.0194 Å , c=3.5308 Å , β=101.167º, Z=2
Schmelz Punkt	quasi 1510ºC
Härte (Mohs)	6~6.5
Dichte	3.31 g/cm³
Wärme Leitfähigkeit	2.6 W/m/K (\|\|X), 2.33 W/m/K (\|\|Y), 3.1 W/m/K (\|\|Z)

Polieren

Orientierungs Toleranz	< 0.5°
Dicke / Durchmesser Toleranz	±0.01 mm
OberFlächen Ebenheit	<λ/8 @632nm
Wellenfront Verzerrung	<λ/4 @632nm
Oberflächen Qualität	5-Oct
Parallel	30〞
Aufrecht	15ˊ
Klar Blende	>90%
Fase	<0.2×45°

Experimentelle Werte des Phase nanpassung Swinkels für SHG und SFG in Hauptebenen des YCOB-Kristalls bei T = 293K

Wechselwirkende Wellenlängen [μm]	Φpm [deg]	θpm [deg]
XY-Ebene, θ = 90 °
SHG,o+o ⇒ e
1.0642⇒0.5321	35
0.7379⇒0.36895	77.3
SHG, Typ I, entlang Y.
0.724⇒0.362	90
SFG, o+o ⇒ e
1.0642+0.5321⇒0.3547	73.4/74.8/75.2/75.3
SHG, Typ II, entlang Y.
1.03⇒0.515	90
SFG, e+o ⇒ e
1.9079+1.0642⇒0.6831	81.2
YZ-Ebene, Φ = 90◦
SHG, e+e ⇒ o
0.7379⇒0.36895		66.9
SFG, e+e ⇒ o
1.0642+0.5321⇒0.3547		58.7/59.7/59.8/59.9
SHG, e+o ⇒ o
1.0642⇒0.5321		58.7/51.1/62.7
SFG, e+o ⇒ o
1.9079+1.0642⇒0.6831		73.5
XZ-Ebene, Φ=0◦, θ<VZ
SHG, Typ I, entlang Z.
0.83⇒0.415		0
0.8325⇒0.41625		0
SHG, o+o ⇒ e
0.9⇒0.45		18.7
0.954⇒0.477		24.1
1.0642⇒0.5321		30.8/31.7
1.3382⇒0.6691		38.2/38.3
SFG, o+o ⇒ e
1.0642+0.7379⇒0.4358		17.1
1.569+0.5321⇒0.3973		18.6
1.3188+0.6594⇒0.4396		23
1.9079+0.5321⇒0.4161		26.6

Experimentelle Werte der Internen Winkel Bandbreite für SHG und SFG in Hauptebenen von YCOB-Kristallen

Wechselwirkende Wellenlängen [μm]	Φpm [deg]	θpm [deg]	Δϕint[deg]	Δθint[deg]
XY-Ebene, θ =90◦
SHG, o+o ⇒ e
1.0642⇒0.5321	35		0.09
SHG, e+o ⇒ e
1.0642⇒0.5321	73.4		0.32
SFG, o+o ⇒ e
1.0642+0.5321⇒0.3547	73.2		0.11
YZ-Ebene, φ =90◦
SHG, e+o ⇒ o
1.0642⇒0.5321		58.7		0.74
SFG, e+e ⇒ o
1.0642+0.5321⇒0.3547		58.7		0.19
XZ-Ebene, Φ=0◦,θ<VZ
SHG, o+o ⇒ e
1.0642⇒0.5321		31.7		0.08
Anmerkung: Für einen zweiachsigen Kristall existieren zwei Winkelakzeptanzen: eine in θ und eine in. Die Autoren haben nur den kleinsten vorgestellt.

Experimentelle Werte der Temperatur Bandbreite für SHG und SFG in Hauptebenen von YCOB-Kristallen

Wechselwirkende Wellenlängen [μm]	ΔT[℃]	Hinweis
XY-Ebene, θ =90◦
SHG, o+e ⇒ e
1.0642⇒0.5321	32.7
1.0642⇒0.5321	32.8	Φ=75.3°
SFG, o+o ⇒e
1 .0642+0.5321⇒0.3547	8.6	Φ=73.7°
1 .0642+0.5321⇒0.3547	9.7/10
YZ-Ebene, φ =90◦
SHG, o+e ⇒ o
1.0642⇒0.5321	31.5	θ =62.7°
1.0642⇒0.5321	31.7/29.2
SFG, e+e ⇒ o
1.0642+0.5321⇒0.3547	6.2/8.5
XZ-Ebene, φ =0◦, θ>180◦−VZ
SHG, typ I, entlang Z
0.8325⇒0.41625	21.6/31.5
SHG, o+o ⇒ e
0.9⇒0.45	24.6	θ =18.7°
0.9⇒0.45	45.3	θ =161.3°
1 .0642⇒0.5321	75	θ =30.8°
1 .3382⇒0.669	61	θ =141.7°
SFG, o+o ⇒ e
1 .0642+0.7379⇒0.4358	36.5	θ =162.9°
1 .569+0.5321⇒0.3973	16.9	θ =18.6°
1 .569+0.5321⇒0.3973	33.8	θ =161.4°

Experimentelle Werte des Effektiven Nichtlinearen Koeffizienten Zweiter Ordnung für einige Spezifische Phasenanpassung Srichtungen (SHG, Typ I, 1,0642 um ⇒ 0,5321 um) in YCOB-Kristall

Phasenanpassungsrichtung	deff [pm/V]
θ =90˚, Φ=35.3˚ (XY-Ebene)	0.39
θ =90˚, Φ=35˚ (XY-Ebene)	0.42
θ =31.7˚, Φ=0˚ (XZ-Ebene)	0.78
θ =31.7˚, Φ=0˚ (XZ-Ebene)	1.03
θ =148.3˚, Φ=0˚ (XZ-Ebene)	1.36
θ =148.3˚, Φ=0˚ (XZ-Ebene)	1.44
θ =65˚,Φ=36.5˚	1.14
θ =65.9˚,Φ=36.5˚	0.91
θ =66.3˚,Φ=143.5˚	1.45
θ =67˚,Φ=143.5˚	1.73
θ =66˚,Φ=145˚	1.8
Die Eigenschaften von Deff im Fall von YCOB-Kristallen umfassen Spiegel- und Inversionssymmetrien. Dies bedeutet, dass die räumliche Verteilung von deff vollständig beschrieben werden kann, indem zwei unabhängige Quadranten ausgewählt werden, beispielsweise (0°＜ θ ＜ 90°, 0° ＜ Φ ＜ 90°) und (0° ＜ θ ＜ 90°, 90° ＜ Φ ＜ 180°). Danach ist der Deff-Wert in jeder (θ, Φ) Richtung in diesen beiden Quadranten gleich dem in (180° -θ, 180° -Φ) Richtung und umgekehrt. Beispielsweise besitzen die Richtungen (θ = 33°, ϕ = 9°) und (θ = 147°, Φ = 171°) gleiche Deff-Werte.

Experimentelle Werte der THG-Umwandlung Seffizienz (Typ I, 1,0642 um + 0,5321 um ⇒ 0,3547 um, I = 0,8 GW / cm², l = 1,04 cm) für Einige Spezifische Phasenanpassung Srichtungen in YCOB-Kristallen

Phasenanpassung Srichtung	THG-Umwandlungs Effizienz [%]
θ =65˚, φ =82.8˚	2
θ =90˚, φ =73.8˚ (XY-Ebene)	7
θ =111˚, φ =79.6˚	20
θ =106˚, φ =77.2˚	26

Laser Induzierte Schwelle für Massenschäden

λ[μm]	τp[ns]	Ithr[GW/cm²]	Hinweis
0.532	6	1
1.064	10	85	1 Impuls
	6	>1	10Hz
	1.1	18.4	entlang Y-Achse, E\|\|Z

Other Parameters

Mittelwerte des linearen Wärme Ausdehnungs Koeffizienten
T [K]	αt×10⁶[K^-1], \|\|c	αt×10⁶[K^-1], \|\|c	αt×10⁶[K^-1], \|\|c
293–473	8.39	5.18	9.17
293–1173	9.9	8.2	12.8
Spezifische Wärme Kapazität cp bei P = 0,101325 MPa
T [K]	cp[J/kgK]
373	729.7
Wärme Leitfähigkeits Koeffizient bei T = 293K
κ[W/mK], \|\|X	κ[W/mK], \|\|Y	κ[W/mK], \|\|Z
2.6	2.33	3.01
Wärme Leitfähigkeits Koeffizient bei T = 373K
κ[W/mK], \|\|a	κ[W/mK], \|\|b	κ[W/mK], \|\|c
1.83	1.72	2.17
Linearer Absorptions Koeffizient α
λ[µm]	α[cm-1]
0.21	1
Experimentelle Werte der internen Winkelbandbreite für eine bestimmte Phasenanpassungsrichtung (SHG, Typ I, 0,946 um ⇒ 0,473 um) in YCOB-Kristall
Phasenanpassungsrichtung	Δ[deg]
θ =67.9◦, Φ=136.8◦	0.06

Spektren


Die blaue Linie ist die Spektrumintensität nach SHG. Die rote Linie ist die von Wizzler gemessene Phase	Die blaue Linie ist die FTL-Pulsform nach SHG. Die rote Linie ist die von Wizzler gemessene zeitliche Form.

OPA-Spektren, erhalten durch die erste Stufe (durchgezogene schwarze Linie) auf der Basis eines BBO-Kristalls und die zweite Stufe (durchgezogene rote Linie) auf der Basis eines YCOB-Kristalls.	Röntgenschaukelkurve des YCOB-Wafers

Transmissionsspektrum von YCOB-Kristall