BBO、LBO、KDP等超薄晶体可用于谐波生成 (SHG、SFG)和光学参量生成和放大 (OPG、OPA), Eksma

作者：维尔克斯时间：2025-5-12 4:37:41

立陶宛的EKSMA OPTICS公司能够提供适用于飞秒应用的超薄晶体，其产品线包括BBO、LBO、KDP、LiIO3、AgGaS2以及GaSe等多种晶体类型。表 1为晶体1型相位匹配的最短和最长波脉冲之间的群速度失配，表2为1型 SHG 的准静态相互作用长度为800nm，表3为800nm (o-pol) 和 400 nm (e-pol) 脉冲下 1 型 SHG @ 800nm取向晶体的D参数。

立陶宛EKSMA OPTICS独立晶体

厚度小于 100 µm 的晶体可以作为独立晶体提供，无需连接到支架上。但是，强烈建议使用环形支架来安全处理这些薄晶体。厚度小于 300 µm 的晶体的公差为 ±50 µm，厚度小于 100 µm 的晶体的公差为 ±20 µm。

GaSe 晶体仅粘在直径 Ø25.4 mm 的环形支架上。

晶体	最小孔径	最大孔径	最小厚度
BBO晶体	2×2 mm	25×25 mm	0.1 mm
LBO晶体	2×2 mm	60×60 mm	0.1 mm
KDP晶体	2×2 mm	100×100 mm	0.1 mm*
LiIO3晶体	2×2 mm	50×50 mm	0.1 mm*
AgGaS2晶体	5×5 mm	20×20 mm	0.1 mm
GaSe晶体	Ø5 mm	Ø19 mm	0.01 mm

* 对于最大孔径的KDP晶体和LiIO3晶体，厚度应约为 0.5 毫米。

我们为所有独立晶体提供各种 AR、BBAR 和保护涂层。

阳极氧化铝制成的环形支架可用于安全方便地处理超薄晶体。标准尺寸为 Ø 1” 和 25 或 30 毫米。支架厚度为 10 毫米。另外还可提供超薄晶体定制形状和尺寸的支架。

光学接触晶体

厚度小于 100 µm 的 BBO 晶体可以光学接触的方式供应在尺寸为 10×10×2 mm 或 12×12×2 mm 的 UV 熔融石英基板上。其他尺寸的基板也可根据要求提供。BBO 晶体厚度的公差为 +10/-5 µm。

晶体	最小孔径	最大孔径	最小厚度
BBO	5×5 mm	18×18 mm	10±5 µm

光学接触晶体不提供涂层。

规格

	BBO, LBO晶体	KDP, LiIO3, AgGaS2晶体
平整度	λ/6 @ 633 nm	λ/4 @ 633 nm
并行性	< 10 arcsec	< 30 arcsec
角度公差	< 15 arcmin	< 30 arcmin
表面质量	10/5 scratch & dig	20/10 scratch & dig

立陶宛EKSMA OPTICS薄晶体用于飞秒脉冲的不同应用：

- 谐波生成 (SHG、SFG)；

- 光学参量生成和放大 (OPG、OPA)；

- 差频生成 (DFG)；

- 通过自相关和互相关测量脉冲宽度；

- THz 频率生成（在 GaSe晶体中）；

- 偏振纠缠光子对生成。

超短光脉冲通过晶体传播会导致脉冲延迟（因为群速度不匹配 (GVM)）、持续时间变宽（因为群延迟色散 (GDD)）和频率啁啾。不幸的是，这些影响迫使在频率生成方案中限制非线性晶体厚度。对于两个具有不同群速度的共线传播脉冲，它们的准静态相互作用长度 (Lqs) 定义为它们通过等于脉冲持续时间之一（或所需脉冲持续时间）的路径分开的距离：

Lqs=τ/GVM

其中 GVM 是群速度失配，τ是脉冲持续时间。表 1 列出了针对不同晶体最流行的 1 型相位匹配应用的 GVM 计算结果。表 2 列出了在不同基本脉冲持续时间下 800 nm 的 1 型 SHG 的最佳 BBO晶体、LBO晶体、KDP晶体和 LiIO3晶体厚度，这些厚度受 GVM 限制。还计算了室温 (20°C) 下的有效系数和相位匹配角。如果使用更长的晶体，这将导致二次谐波脉冲展宽到比基本脉冲持续时间（或所需脉冲持续时间）更长的持续时间。群延迟色散 (GDD) 对脉冲传播有重要影响，因为脉冲总是具有一定的光谱宽度，因此色散会导致其频率分量以不同的速度传播。对于具有正常色散的晶体，当折射率随波长增加而减小时，这会导致高频分量的群速度降低，从而产生正啁啾。群速度的频率依赖性也会影响脉冲持续时间。如果脉冲最初无啁啾，晶体中的色散将始终增加其持续时间。这称为色散脉冲展宽。对于最初无啁啾且持续时间为 τ₀ 的高斯脉冲，脉冲持续时间会根据以下公式增加：

t=τ₀Ö[1+(4ln2*D*L/τ₀²)]

其中 L - 晶体厚度（单位：毫米）；D - 二阶群延迟色散或色散参数。表 3 给出了不同晶体中 1 型相位匹配 SHG @ 800 nm 的 D 参数，其中 800 nm 脉冲为“o”极化，400 nm 脉冲为“e”极化。

表 1. 1 型相位匹配的最短和最长波脉冲之间的群速度失配

晶体	SFM800+266 nm	SFM800+400 nm	SHG800 nm	SHG1030 nm	SHG1064 nm	DFG 1.26-2.183→ 3 μm	DFG 1.48-1.74→ 10 μm
BBO	2074 fs/mm	737 fs/mm	194 fs/mm	94 fs/mm	85 fs/mm	-	-
LBO	-	448 fs/mm	123 fs/mm	51 fs/mm	44 fs/mm	-	-
KDP	-	370 fs/mm	77 fs/mm	1 fs/mm	-7 fs/mm	-	-
LiIO3	-	-	559 fs/mm	285 fs/mm	262 fs/mm	-	-
AgGaS2	-	-	-		-	170 fs/mm	-10 fs/mm

表 2. 1 型 SHG 的准静态相互作用长度为 800 nm

晶体	200 fs	100 fs	50 fs	20 fs	10 fs	切角θ，φ	系数d_eff
BBO晶体	1.0 mm	0.5 mm	0.26 mm	0.1 mm	0.05 mm	29.2°, 90°	2.00 pm/V
LBO晶体	1.6 mm	0.8 mm	0.4 mm	0.16 mm	0.08 mm	90°, 31.7°	0.75 pm/V
KDP晶体	2.6 mm	1.3 mm	0.6 mm	0.26 mm	0.13 mm	44.9°, 45°	0.30 pm/V
LiIO3晶体	0.4 mm	0.18 mm	0.01 mm	0.04 mm	0.018 mm	42.5°, 0°	3.59 pm/V

表 3. 800 nm (o-pol) 和 400 nm (e-pol) 脉冲下 1 型 SHG @ 800 nm 取向晶体的 D 参数

晶体	D (fsec2/mm) at 800 nm	D (fsec2/mm) at 400 nm
BBO	75 fsec2/mm	196 fsec2/mm
LBO	47 fsec2/mm	128 fsec2/mm
KDP	27 fsec2/mm	107 fsec2/mm
LilO3	196 fsec2/mm	589 fsec2/mm

我们可以计算出，光谱受限的初始 30 fsec 400 nm 高斯脉冲在通过 1 mm 厚度的 BBO晶体后将展宽为 35 fsec 脉冲。

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