BBO非線形結晶-BaB2O4 | 波長変換時に使用非線形結晶
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型番説明

■特徴一軸性結晶で、層状構造を持つため異方性が強く、大きな複屈折を有する。その結果、SHG限界波長は205nmと短くなる。また、非線形光学定数が大きいといった特徴も持つ。 Nd:YAGレーザーの4HG,5HGが可能であるが、複屈折が大きすぎるため、角度・温度変動に対する許容幅が狭くなり、さらにウォークオフ角も大きくなる。加えて、吸収端が190nmと比較的長波長にあるため、高出力深紫外光発生時に光損傷が問題となる場合がある。一方で、薄い素子を必要とするフェムト秒パルスの波長変換に適しており、フェムト秒Ti:sapphireレーザーからの可視、紫外光発生などに利用されている。

結晶構造

斜方晶

単斜晶 (ポイントグループ2)

結晶格子定数

a=8.4473
b=7.3788
c=5.1395

a=13.125
b=6.5716
c=10.786

a=7.116Å, b=4.993Å, c=6.508Å
β=105.62°, Z=2

密度

融点

吸湿性

熱膨張係数

αx=10.8x10⁻⁵/K,
αy=-8.8x10⁻⁵/K,
αz=3.4x10⁻⁵

αa=4.8x10⁻⁵/K
αb=4.4x10⁻⁶/K
αc=2.69x10⁻⁵/K

熱伝導率 W/m/K

3.5W/m/K

K1=18
K2=19
K3=21

モース硬度

5.5

波長透過範囲

160~2,600nm
※190nm以下は出力が弱く実質使えません。

286~2,500nm

吸収係数

<0.1%/cm@1,064nm
<0.3%/cm@532nm

1064nm
<0.1%/cm

非線形係数

deff (I) =d₃₂cosφ (TypeI XY平行)
deff (I) =d₃₁cos²Θ+d₃₂sin²Θ (TypeI XZ平行)
deff (Ⅱ) =d₃₁cos²Θ (TypeⅡ YZ平行)
deff (Ⅱ) =d₃₁cos²Θ+d₃₂sin²Θ (TypeⅡ XZ平行)

d15=2.3
d24=3.2
d31=2.8
d32=4.2
d33=16.2

d₁₂=d₁₄=2.3
d₂₅=d₃₆=2.4
d₁₁=2.53
d₁₃=-1.3
d₃₅=-0.9
d₂₆=2.8

セルマイヤー方程式 (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) -0.018540λ²-2.00×10⁻⁵λ⁴
nz²=2.586179+0.013099/ (λ²-0.011893) -0.017968λ²-2.26×10⁻⁵λ⁴

n₁₂=3.6545+0.0511/ (λ²-0.0371) -0.0226λ²
n₂₂=3.0740+0.0323/ (λ²-0.0316) -0.01337λ²
n₃₂=3.1685+0.0373/ (λ²-0.0346) -0.01750λ²

損傷閾値

>10GW/cm²@10ns, 10Hz, 1,064nm/polishing only
>1GW/cm²@10ns, 10Hz, 1,064nm/AR coated
>500MW/cm²@10ns, 10Hz, 532nm/AR coated

>500MW/cm²@10ns, 10Hz, 1064nm/AR coated
>1GW/cm²@10ns, 10Hz, 1,064nm/polishing only

>450MW/cm²@10ns, 10Hz, 1,064nm

>300MW/cm²@10ns, 10Hz, 1,064nm

屈折率 (n)

@1064um
nx=1.782
ny=1.790
nz=1.868

10,600nm:No=2.5912 Ne=2.5579
1,064nm:No=2.7010 Ne=2.7010
530nm:No=2.6134 Ne=2.5808

全型番で同じ値の指標

SHG位相整合範囲

551-2,600nm (TypeⅠ) 790~2,150nm (TypeⅡ)

熱光学係数 (℃,λin μm)

dnx/dT=-9.3X10⁻⁶ dny/dT=-13.6X10⁻⁶ dnz/dT= (-6.3~2.1λ) X10⁻⁶

角度受容性

6.54mrad·cm (φ,TypeI,1,064SHG) 15.27mrad·cm (Θ,TypeⅡ,1,064SHG)

温度受容性

4.7℃・cm (TypeⅠ,1,064SHG) 7.5℃・cm (TypeⅡ,1,064SHG)

スペクトル受容性

1.0nm・cm (TypeⅠ,1,064SHG) 1.3nm・cm (TypeⅡ,1,064SHG)

ウォークオフ角度

0.6° (TypeⅠ,1,064SHG) 0.12° (TypeⅡ,1,064SHG)

非線形未損失性

d₃₁=1.05±0.09pm/V d₃₂=0.98±0.09pm/V d₃₃=0.05±0.006pm/V

透過範囲

0.35~5.5um

平均屈折率

1.8

吸収損失 %/cm@1,064nm

<0.05

吸収損失 %/cm@1,533nm

<0.05

吸収損失 %/cm@3,475nm

位相整合角度nm

1,075~1,134nm

波長

ポンプ光:1,064nm シグナル：1,533nm アイドラ：3,475nm

電気光学定数 (低周波)

r₃₃= 37.5 pm/V r₂₃=15.4 pm/V r₁₃=11.5pm/V

SHG 1,064/532nm

位相整合角：168.9° (YZ寄りのZ軸から起点) Deff：3.0±0.1pm/V 受容角度：2.32arad/cm ウォークオフ角：25.6mrad 受容温度：2.17℃/cm

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この製品について

波長変換時に使われる結晶類

元となる光の2倍の周波数を発生させ (倍波) 、波長は半分にすること。例YAGレーザー結晶1,064nm→非線形結晶532nm。

・SHG (第二次高調波) =波長を1/2にする。
・THG (第三次高調波) =波長を1/3にする。
・FHG (第四次高調波) =波長を1/4にする。
・SFG (和周波) =2つの低出力光を1つの高出力光にする。1,064+532=355nm
・OPO (光パラメトリック発振) =1つの高出力光を2つの低出力光にする。
　低出力光=シグナル光+アイドラ光
　355=532+1,064nm
・OPA (光パラメトリック増幅) =2つの高出力光を1つの低出力光にする。
　シグナル光-ポンプ光=アイドラ光
　532-810nm=1,550nm
　この過程を差周波発生 (DFG) と呼びアイドラ光が増幅することをOPAと呼ぶ。

※"+"や"-"は単純な足し算引き算ではありません。

■波長変換と位相整合波長変換には非線形光学効果 (複屈折性) をもつ結晶の屈折率を利用して位相整合をします。位相整合とは、複屈折結晶の結晶軸別にもつ異なった屈折率を利用して入射角を変えて、屈折を調整する方法です。 位相整合には、TypeⅠとTypeⅡがあります。
・TypeⅠ= 入射光の偏光が平行方向。
・TypeⅡ= 入射光の偏光が垂直方向。

位相整合角度を決める手法として
・CPM (臨海位相整合) =入射光の光軸に対して結晶軸の角度を合わせる手法
・NCPM (非臨海位相整合) =温度調整で屈折率を合わせる (walkoff角度を0°にする) 手法
NCPMはオーブンなど機器を用いる分、ご予算を必要としますが、ウォークオフ角度 (ズレ) が0度になるので、 結晶サイズの制限がなくなります。BBOは温度調整法はできません。

■非線形結晶のサイズ決めについて簡易説明：サイズ決めは入射ビームの品質によって決められます。一般的に結晶長が長ければ長いほど、変換効率が良くなります。但し、入射光の品質も良いという条件も必要です。仮に入射光も良好で出力密度も足りている場合、かなり短い結晶でも良好な変換効率を得ることができます。

例えばL=8mmの結晶で30%の変換効率を得られるとしたとき、L=10mmで32%前後の変換効率です。但し、長くなればなるほど金額は上がります。厚さ1mm以下は技術加工費として、金額が上昇します。上記の他、単純にビーム径に合わせた有効径で決まります。

型番
BBO非線形結晶-BaB2O4

シリーズ
波長変換時に使用非線形結晶

取扱企業
株式会社トゥーリーズ

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2024年12月5日にレビュー済み

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■波長変換と位相整合

■非線形結晶のサイズ決めについて簡易説明：

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波長変換時に使用非線形結晶 BBO非線形結晶-BaB2O4の性能表

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