商品描述：β相偏硼酸钡晶体(β-BaB₂O₄)

BBO（β相偏硼酸钡晶体，β-BaB₂O₄）是由中国科学院物质结构研究首次发现和研制的新型紫外倍频晶体，由福晶公司进行生产和销售.福晶公司享有熔盐法生产BBO晶体的专利知识产权。
 

BBO

主要优点

*　可实现相位匹配的波段范围宽（409.6-3500nm）
*　可透过波段范围宽（190-3500nm）
*　倍频转换效率高(相当于KDP晶体的6倍）
*　光学均匀性好
*　高损伤域值（100ps脉宽的1064nm10GW/cm²）
*　温度接收角宽（55℃左右）

主要应用

* 　Nd:YAG和Nd:YLF激光的二,三,四,五倍频
* 　染料激光的倍频,三倍频和混频
* 　Ti:Sappire和Alexandrite激光的二,三,四倍频
* 　光学参量放大器(OPA)与光学参量振荡器(OPO)
* 　氩离子,红宝石和Cu蒸汽激光器的倍频
* 　在全固态可调激光,超快脉冲激光,深紫外激光等高、精、尖激光技术领域的研发领域 　

主要性能：

BBO是一种负单轴晶体，它的o-ray折射系数（no）要比e-ray（ne）折射系数大，可通过Selleimer方程来计算(λ in μm):

no2=2.7359+0.01878/(λ2-0.01822)-0.01354λ2

ne2=2.3753+0.01224/(λ2-0.01822)-0.01516λ2

通过角度调谐可获得I、II类的相位匹配。

有效倍频系数由下列方程式得出：

I类:deff=d31sinθ+(d11cos3φ-d22sin3φ)cosθ

II类:deff=(d11sin3φ+d22cos3φ)cos2θ

θ和φ分别指向极坐标中的z(=c)和x(=a)

结构和物理特性：

晶体结构三方晶系，空间群 R3c

单孢参数a=b=12.532A,c=12.717A,Z=7

熔点1095±5℃

相变点925±5℃

光学均匀性δn≈10^-6/cm

莫氏（Mohs）硬度4

密度3.85 g/cm3

吸收系数<0.1%/cm(at 1064nm)

比热1.91J/cm3 xK

潮解性低

热膨胀系数a,4 x 10^-6/K; c, 36x 10^-6/K

热导率⊥c,1.2W/m/K; //c, 1.6W/m/K

线性光学特性

透光范围189-3500nm

折射系数

at 1064 nm n_e=1.5425,n_o=1.6551

at 532 nm n_e=1.5555,n_o=1.6749

at 266 nm n_e=1.6146,n_o=1.75711

热光系数dn_o/dT=-9.3×10^-6/℃

dn_e/dT=-16.6×10^-6/℃

非线性光学特性：

相位匹配输出波长189-1750nm

非线性光学系数d11=5.8×d36(KDP)

d31=0.05×d11

d22<0.05×d11

光电系数γ11=2.7pm/V,γ22,γ31<0.1γ11

半波电压48KV(at 1064 nm)

损失阈值

at 1064nm 0.5GW/cm2 (10ns, 10HZ, AR-coated)

at 532nm 0.3GW/cm2 (10ns, 10HZ, AR-coated)

Nd:YAG激光器中的应用

BBO晶体在Nd:YAG激光二、三、四倍频上的性能优异，是213nm光五倍频的最佳选择。二倍频的转换效率大于70％，三倍频60％，四倍频50％，213nm光五倍频的输出功率可达200mW。表1是Nd:YAG激光下BBO和KD*P的性能比较。表2是BBO从二倍频到五倍频的基本非线性光学特性比较。

BBO对高功率Nd:YAG激光腔内倍频的效果也非常理想。使用福晶防反射镀膜BBO的声光调QNd:YAG激光器腔内倍频可获得15W平均功率的532nm光。 使用600mW倍频输出的锁模Nd:YLF激光器泵浦，Brewster斜角BBO腔外共振可输出66mW的266nm的光。

表1. BBO and KD*P的谐波效果比较

晶体 1w(mJ) SHG(mJ) THG(mJ) 4HG(mJ) 5HG(mJ)

BBO 220 105 39 18.5 5

600 350 140 70 20

KD*P 600 270 112.5 45 /

表2. I BBO 晶体的NLO特性

SHG THG 4HG 5HG

有效NLO系数 (d36(KDP)) 5.3 4.9 3.8 3.4

接收角(mrad-cm) 1.0 0.5 0.3 0.2

发散角 (degree) 3.2 4.1 4.9 5.5

由于BBO具有较小的接收角和较大的发散角，因此获得理想的转换效率的关键是使用较好质量的光源（具有小的发散度，较好的模式条件等）。不推荐对光束进行聚焦。

可调谐激光的应用

1.燃料激光

用I类BBO可输出二次谐波效率超过10％，波长大于206nm的紫外线(205nm-310nm)。用150KW染料激光器泵浦的XeC1激光可获得36％的转换率，是ADP的4-6倍。最短204.97nmSHG波长光得到的转换率约为1％。

用BBO将780-950nm和248.5nm光（495nm染料激光的SHG输出）进行I类和频，可输出从188.9nm-197nm的最短紫外线，其中193nm光的脉冲能量为95mJ，189nm光的脉冲能量8mJ。

2.超快脉冲激光

在超快脉冲激光的二、三倍频中，BBO的性能要大大优于KDP和ADP。目前，福晶可提供的最小尺寸的BBO晶体为0.01mm。在相速度匹配和群速度匹配方面，用一个小型BBO晶体可达到10fs激光脉冲的有效倍频。

3.钛宝石激光和Alexandrite激光

使用BBO晶体的Alexandrite激光的I类二次谐波可输出波长范围360nm-390nm的紫外线，其中378nm波长光的脉冲能量为105mJ（31％的二次谐波转换率），三次谐波可输出波长范围244nm-259nm，脉冲能量7.5mJ（24％的混频转换率）的紫外光。

钛宝石激光可获得大于50％的二次谐波转换率，以及更高的三次和四次谐波转换率。

4. 氩离子激光和铜蒸气激光

在应用腔内倍频技术的全线功率为2W的氩离子激光中，Brewster斜切BBO晶体可获得波长范围在228.9nm-257.2nm的36线深紫外光，最大功率33mW（波长250.4nm）。

5106.nm的铜蒸气激光的二次谐波输出的紫外线功率可达230mW（波长255.3nm），最大能量转换率为8.9％。

在OPO和OPA中的应用

BBO在OPO和OPA中的功能非常强，可产生从紫外线到红外线的一系列可调谐射线。图5和图6分别是I类和II类BBO在OPO、OPA中的调谐角度的计算结果。

1.532nm泵浦OPO

一个7.2mm长的I类BBO晶体可获得波长范围680 nm-2400nm的OPO输出，峰值功率1.6mW，能量转换率可达30％。输入泵浦能量为532nm波长40mJ，脉冲宽度为75ps。较长的BBO晶体可获得更高的能量转换率。

2.355nm泵浦OPO和OPA

用Nd:YAG激光泵浦，使用BBO的OPO的输出能量超过100mJ，波长范围400nm-2000nm。使用福晶BBO晶体的OPO系统输出的可调谐波长范围在400nm-3100nm，确保了波长430nm-2000nm部分的能量转换率在18％-30％之间。

II类BBO可用来减小线宽。利用BBO获得了0.05nm的线宽和12％的转换率。但是，在II类相位匹配中，一个较长的BBO晶体(>15mm)通常被用来减小起振阈值。

用一个355nm波长的皮秒Nd:YAG激光来泵浦使用BBO的OPA获得的脉冲具有窄带(<0.3nm)，能量高(>200μJ)和可调谐性高(400nm-2000nm)的特点。这种OPA可获得超过50％的最大能量转换率，因此在很多方面都比通常的染料激光性能优越，如转换率高，可调谐范围宽，易维护，设计简单，操作简便等。 另外，使用BBO的OPO或二次谐波BBO的OPA可获得205nm-3500nm范围的连续射线。 #p#分页标题#e#

3.其他

对被308nm波长的XeCl准分子激光泵浦的I类BBO晶体进行角度调谐可获得一个信号波长范围422nm-477nm的可调OPO。用266nm波长的Nd:YAG激光的四次谐波对使用BBO的OPO泵浦可输出一个完整的330nm -1370nm的波长范围。

用615nm波长，1mJ，80fs的染料激光泵浦使用两块BBO晶体的OPA，可获得大于50μJ (最大130μJ)的能量,小于200fs的超短波脉冲, 800nm-2000nm的波长范围.

最佳晶体形状和切割

福晶将根据客户的要求和具体使用情况，来选择最合适的晶体形状和尺寸，以达到最佳的转化效率。

福晶生产的BBO设备能够很好地体现晶体的切割方向和尺寸特征。方向完全由非线性光学过程来决定，例如，对1064nm波的I类倍频，BBO的切割角为θ=22.8°，φ=0°。晶体尺寸通过三维尺寸来描述，如W×H×L(mm³)。为了选择一个最合适的宽度（W），应该首先考虑影响晶体的光束直径和波长可调谐范围。 最佳的晶体高度（H）应该比光束直径稍大（如1-2mm）。虽然BBO晶体通常的设计长度（L）为7mm，但是根据使用情况来选择最佳值仍为上策。例如，OPO或OPA使用的晶体长度为12mm，而超短波脉冲激光的二次、三次谐波需要的晶体长度不超过1mm。

对不同的应用情况推荐相对应的晶体尺寸和切割，列表如下(假定光束直径对晶体的影响为φ2mm- φ3mm)：

1.Nd:YAG激光谐波效果

1064nm

Type I, 4×4×7mm,22.8°-cut 532nm
Type I, 4×4×7mm,31.3°-cut 355nm
Type II, 4×4×7mm,38.6°-cut 355nm
Type I, 4×4×7mm,47.68°-cut 266nm
Type I, 4×4×7mm,51.1°-cut 213nm

2.Nd:YAG激光谐波泵浦的OPO和OPA

532nm Type I, 4×4×12-15mm,21°-cut 680-2600nm

355nm

Type I, 6×4×12-15mm,30°-cut

Type II, 7×4×15-20mm,37°-cut 410-2600nm

266nm Type I, 6×4×12-15mm,39°-cut295-2600nm

3.染料激光倍频

670-530nm Type I, 6×4×7mm,40°-cut335-265nm

600-440nm Type I, 8×4×7mm,55°-cut300-220nm

444-410nm Type I, 8×4×7mm,80°-cut222-205nm

4.钛宝石激光谐波

700-1000nm

Type I, 7×4×7mm,28°-cut350-500nm

Type I, 8×4×7mm,42°-cut240-330nm

Type I, 8×4×7mm,66°-cut210-240nm

5.Alexandrite激光二、三倍频

720-800nm

Type I, 4×4×7mm,31°-cut360-400nm

Type I, 7×4×7mm,48°-cut240-265nm

6.Brewster斜切BBO的氩离子激光腔内倍频

514nm Type I, 4×4×7mm,51°B-cut257nm

488nm Type I, 4×4×7mm,55°B-cut244nm

7.铜蒸气激光倍频

510nm Type I, 4×4×7mm,50°-cut255nm

578nm Type I, 4×4×7mm,42°-cut289nm

镀膜

1.防护镀膜(P-coating)

由于BBO具有较低的潮解性，因此潮湿的空气易使抛光的BBO晶体表面变得模糊。故使用了一种有效的防护镀膜(P-coating)来防止晶体受潮。此产品具有如下特点：

*　使用寿命长

95%湿度下可使用至少6个月，较低湿度（如80％）下的使用寿命更长。

*　高损失阈值

1064nm波，30ps脉冲宽度，大于7GW/cm²；1064nm波，10ns脉冲宽度，反复率10HZ，0.5GW/cm² 。

*　传输效果好

在200nm-3500nm波长范围内，镀膜晶体的传输效果优于未镀膜的晶体。

2.防反射镀膜 (AR-coating)

福晶提供1064nm和532nm波的单频和双频防反射镀膜BBO。双频防反射镀膜具有低反射比(1064nm波小于0.2%，532nm波小于0.4%),高损失阈值, 防潮，使用寿命长的特点。此外还提供其他波长的防反射镀膜。

BBO晶体的品质保证规范

* 波前畸变:小于 λ/8 @ 633nm
* 尺寸公差:(W±0.1mm)x(H±0.1mm)x(L±0.2mm/-0.1mm)
* 通光孔径: 大于 90% 中央直径
* 平面度: λ/8 @ 633nm
* 光洁度:10/5 to MIL-O-13830A
* 平行度: 优于20秒
* 垂直度: 5 分
* 角度偏差: △θ<±0.5°,△φ<±0.5°
* 品质保证期: 一年内正常使用。

备注

1.BBO晶体的潮解性较低，建议用户在干燥的环境中使用和保存晶体。

2.勿损伤晶体抛光面。

3.BBO的接收角较小，请小心调节角度。

4.客户如需定制产品，请提供激光器的主要性能参数，如脉冲能量，脉冲宽度，脉冲重复频率，连续光能量，光束直径，模式条件，发散角，可调波长范围等。