特殊切角的硼酸氧钙稀土盐激光倍频晶体制造技术

本发明专利技术属于光电子技术领域。本发明专利技术的主要内容就是相对激光波长λ↓［ω］＝１３４０ｎｍ，１０６４ｎｍ，１０５３ｎｍ或９４０ｎｍ确定了硼酸氧钙稀土盐［ＲｅＣｏＢ（Ｒｅ＝Ｇｄ，Ｙ］晶体激光倍频器件的最佳切割方向。例如，λ↓［ω］＝１０６４ｎｍ，ＹＣＯＢ晶体倍频器件的切角为θ＝６５．９°±５°，Φ＝３６．５°±５°或θ＝６６．３°±５°，Φ＝１４３．５°±５°。本发明专利技术解决了现有技术存在的倍频转换效率低的问题。本发明专利技术具有倍频转换效率高，能耗低，充分开发ＲｅＣＯＢ晶体的特性，有利于ＲｅＣＯＢ晶体的开发应用。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种特殊切角的硼酸氧钙稀土盐晶体激光倍频器件，属于光电子
ReCOB(Re=Gd,Y)是由Aka等人于1995年发现的一类新型非线性光学人工晶体，目前已发现YCOB和GdCOB两种晶体具有非线性光学效应大(和LiB3O5晶体具有同量级的非线性光学效应)，易生长的特点，典型晶体的尺寸已可达到φ50×100mm。同时发现，这两种晶体都能对1340nm、1064nm、1053nm、940nm等波长的激光进行有效倍频产生红、绿、蓝等多种可见激光。此外，这两种晶体的Gd,Y两种离子易于被激活离子Nd,Yb等所取代，从而形成Nd:YCOB、Yb:YCOB等自倍频晶体，目前晶体的自倍频绿光输出已可达到50mw。因此，Nd:YCOB和Nd:GdCOB也是一种很好的自倍频晶体材料。由于这类材料具有上述这些优点，从而引起了光电子领域科学技术界的广泛兴趣。ReCOB晶体属单斜m点群，是目前所有实用的非线性晶体材料中对称性最低的晶体，也是迄今所知非线性晶体中对称性最低者之一。受晶体点群对称性的影响，该晶体的非线性光学系数dij(i=1-3,j=1-6，其中1→11,2→22,3→33,4→23,5→13,6→12)有多达八个非零分量，考虑到晶体的倍频系数所应服从的Kleinman对称性条件，此类晶体仍有六个独立的dij系数，它们是d33,d11,d32,d12,d13和d31，这六个倍频系数从原理上分析，d33,d11,d31,d13四个系数可以从Maker条纹法测出，然后再用相位匹配法以测定d32,d12。但是由于这类晶体对称性很低，到目前为止还未能成功地测定出它们的倍频系数。因此，很难计算这类晶体的有效倍频系数，并进而确定制作激光倍频器时的最佳切角。1997年日本科学家在θ=33°,φ=9°方向初步测定了YCOB晶体的有效倍频系数。目前多数科学家认为YCOB晶体的最佳相位匹配方向(也就是在这一方向具有最大有效倍频系数)是θ=33°,φ=9°，最近的Nd:YCOB晶体自倍频实验也认为这一方向是最好的相位匹配方向。然而，理论计算和实验测试都发现θ=33°,φ=9°方向并不是YCOB晶体的最佳相位匹配方向。本专利技术目的就是通过理论计算和实验测定，找出用ReCOB晶体制作激光倍频器件时的最佳切角方向，使得按本专利技术特殊切角制作的ReCOB晶体激光倍频器件具有比现有技术更高的倍频转换效率。本专利技术的主要内容就是相对于波长为λω=1340nm,1064nm,1053nm,940nm的入射激光，确定了ReCOB(Re=Y,Gd)晶体激光倍频器件的最佳切割方向，器件切角如下(1)当倍频晶体是硼酸氧钙钇(YCOB),λω=1340nm，器件切角为θ1=(67.0±5.0)°,φ1=(27.5±5.0)°或θ2=(67.0±5)°,φ2=(152.5±5.0)°；(2)当倍频晶体是硼酸氧钙钇(YCOB),λω=1064nm，器件切角为θ1=(65.9±5.0)°,φ1=(36.9±5.0)°或θ2=(66.3±5)°,φ2=(143.5±5.0)°；(3)当倍频晶体是硼酸氧钙钇(YCOB),λω=1053nm，器件切角为θ1=(64.4±5.0)°,φ1=(44.8±5.0)°或θ2=(66.8±5)°,φ2=(135.3±5.0)°；(4)当倍频晶体是硼酸氧钙钇(YCOB),λω=940nm，器件切角为θ1=(64.4±5.0)°,φ1=(44.8±5.0)°或θ2=(66.8±5)°,φ2=(135.3±5.0)°；(5)当倍频晶体是硼酸氧钙钆(GdCOB),λω=1340nm，器件切角为θ1=(64.5±5.0)°,φ1=(34.4±5.0)°或θ2=(66.5.0±5)°,φ2=(145.7±5.0)°；(6)当倍频晶体是硼酸氧钙钆(GdCOB),λω=1064nm，器件切角为θ1=(62.0±5.0)°,φ1=(47.8±5.0)°或θ2=(67.0±5)°,φ2=(132.6±5.0)°；(7)当倍频晶体是硼酸氧钙钆(GdCOB),λω=1053nm，器件切角为θ1=(62.0±5.0)°,φ1=(48.7±5.0)°或θ2=(67.0±5)°,φ2=(131.7±5.0)°；(8)当倍频晶体是硼酸氧钙钆(GdCOB),λω=940nm，器件切角为θ1=(60.5±5.0)°，φ1=(61.5±5.0)°或θ2=(68.0±5)°,φ2=(119.9±5.0)°。本专利技术运用阴离子基团理论，首先从理论上计算出YCOB和GdCOB晶体的倍频系数。表1列出了使用阴离子基团理论及Gaussian’92和CNDO两种量子化学计算程序分别计算出的YCOB和GdCOB的dij系数的理论值。表1同时列出了用Maker条纹方法测出的YCOB晶体的d33,d32值和GdCOB晶体的d33值，以及其它各dij的值，实验值和理论值符合得非常好。再运用对称性理论，确定ReCOB的相位匹配方向具有mmm空间对称性(m分别垂直于晶体的折射率主轴X,Y,Z)。因此，只要考虑空间一个象限，例如第一象限(0°≤θ≤90°,0°≤φ≤90°)中的相位匹配方向，就可按mmm对称性求得空间所有切角器件方向。对称性理论还确定ReCOB晶体的有效倍频系数deff应具有2/m(m⊥Y)空间对称性。因此，在空间第一、二两个象限中，deff值是独立的。只要确定了这两个象限的deff值，就可以通过对称性2/m求出空间所有相位匹配方向的deff值，亦即只要在第一、二象限找出deff最大值方向(最佳倍频方向)，就可以求出空间全部最佳倍频方向。表1．YCOB和GdCOB晶体的倍频系数(单位pm/V)< >本专利技术选用目前常用激光器的四种波长(1340nm,1064nm,1053nm,940nm)为例，利用所确定的dij值和折射率色散关系，计算了ReCOB晶体在这四种激光波长时，deff在第一、二两个象限(0°≤θ≤90°,0°≤φ≤180°)中分布。附图说明图1是YCOB晶体的对于1064nm激光波长的deff空间分布。由此可以确定YCOB晶体制作1064nm激光倍频器的最佳切角为θ1=65.9°,φ1=36.5°和θ2=66.3°,φ2=143.5°。为进一步证实本专利技术的效果，对YCOB晶体的有效倍频系数的空间分布进行了实验测量。在此举出YCOB的测量结果YCOB晶体按θ=33°,φ=0°；θ=33°,φ=9°；θ=64.5°,φ=35.5°等七个相位匹配方向进行切割(见表2)，晶体沿相位匹配方向的长度均为2mm，参考样品使用Ⅱ型切割的KTP晶体(θ=90°,φ=3.6°)，其有效倍频系数deff=2.45pm/v，在实验中使用的基波光波长为1064nm。YCOB晶体有效倍频系数随不同匹配方向的实验值也在此表中列出。表2、YCOB倍频器件实测倍频转换效率和有效倍频系数值< >*等效于66.8°,144.6°+等效于64.5°,144.5°从表2中可以看出，测量的YCOB晶体的deff空间分布和计算结果不但在方向上一致，而且在绝对值上也是非常接近的。例如实验指出，YCOB晶体有效倍频系数的极大值分别在(θ=64.5°,φ=35.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼酸氧钙稀土盐［ＲｅＣａ↓［４］Ｏ（ＢＯ↓［３］）↓［３］，简称ＲｅＣＯＢ，（Ｒｅ＝Ｇｄ，Ｙ…）］晶体激光倍频器件，其特征在于ＲｅＣＯＢ晶体激光倍频器件是沿特殊切角方向加工而成的，相对于波长为λ↓［ω］＝１３４０ｎｍ，１０６４ｎｍ，１０５３ｎｍ，９４０ｎｍ的入射激光，器件切角分别如下：（１）当倍频晶体是硼酸氧钙钇（ＹＣＯＢ），λ↓［ω］＝１３４０ｎｍ，器件切角为：θ↓［１］＝（６７．０±５．０）°，φ↓［１］＝（２７．５±５．０）°或θ↓［２］＝（６７．０±５）°，φ ↓［２］＝（１５２．５±５．０）°；（２）当倍频晶体是硼酸氧钙钇（ＹＣＯＢ），λ↓［ω］＝１０６４ｎｍ，器件切角为：θ↓［１］＝（６５．９±５．０）°，φ↓［１］＝（３６．９±５．０）°或θ↓［２］＝（６６．３±５）°，φ↓［２］＝（１ ４３．５±５．０）°；（３）当倍频晶体是硼酸氧钙钇（ＹＣＯＢ），λ↓［ω］＝１０５３ｎｍ，器件切角为：θ↓［１］＝（６４．４±５．０）°，φ↓［１］＝（４４．８±５．０）°或θ↓［２］＝（６６．８±５）°，φ↓［２］＝（１３５．３±５． ０）°；（４）当倍频晶体是硼酸氧钙钇（ＹＣＯＢ），λ↓［ω］＝９４０ｎｍ，器件切角为：θ↓［１］＝（６４．４±５．０）°，φ↓［１］＝（４４．８±５．０）°或θ↓［２］＝（６６．８±５）°，φ↓［２］＝（１３５．３±５．０）°；（５ ）当倍频晶体是硼酸氧钙钆（ＧｄＣＯＢ），λ↓［ω］＝１３４０ｎｍ，器件切角为：θ↓［１］＝（６４．５±５．０）°，φ↓［１］＝（３４．４±５．０）°或θ↓［２］＝（６６．５．０±５）°，φ↓［２］＝（１４５．７±５．０）°；（６）当倍频 晶体是硼酸氧钙钆（ＧｄＣＯＢ），λ↓［ω］＝１０６４ｎｍ，器件切角为：θ↓［１］＝（６２．０±５．０）°，φ↓［１］＝（４７．８±５．０）°或θ↓［２］＝（６７．０±５）°，φ↓［２］＝（１３２．６±５．０）°；（７）当倍频晶体是硼酸氧 钙钆（ＧｄＣＯＢ），λ↓［ω］＝１０５３ｎｍ，器件切角为：θ↓［１］＝（６２．０±５．０）°，φ↓［１］＝（４８．７±５．０）°或θ↓［２］＝（６７．０±５）°，φ↓［２］＝（１３１．７±５．０）°；（８）当倍频晶体是硼酸氧钙钆（ＧｄＣ ＯＢ），λ↓［ω］＝９４０ｎｍ，器件切角为：θ↓［１］＝（６０．５±５．０）°，φ↓［１］＝（６１．５±５．０）°或θ↓［２］...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王继扬，陈创天，邵宗书，蒋捷，胡晓波，林峧，刘耀岗，叶宁，吴伯昌，蒋民华，
申请(专利权)人：山东大学，中国科学院低温技术实验中心，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]