LBO
三硼酸锂（LiB3O5，LBO）是一种极佳的非线性光学晶体.
主要优点
可透光波段范围宽（160-2600 nm，参见图1）
光学均匀性好（n10-6/cm），内部包络少
倍频转换效率较高（相当于KDP..
产品描述
中策科技可提供
图 4. LBO晶体 I类OPO调谐曲线 图 5. LBO晶体 II类OPO调谐曲线
增透膜
产品介绍
三硼酸锂（LiB3O5，LBO）是一种极佳的非线性光学晶体.
主要优点
- 可透光波段范围宽（160-2600 nm，参见图1）
- 光学均匀性好（δn≈10-6/cm），内部包络少
- 倍频转换效率较高（相当于KDP晶体的3倍）
- 损伤阈值高
- 接收角度宽，走离角度小
- I，II类非临界相位匹配（NCPM）的波段范围宽
- 光谱非临界相位匹配（NCPM）接近1300 nm
中策科技可提供
- 严格的质量控制
- 大尺寸晶体，通光面可达55×55 mm2，长度可达60 mm
- 镀制增透膜（AR-coating），支架装配和重抛镀服务
- 库货充足
- 快速交付（抛光片交期15个工作日，镀膜产品交期20个工作日）
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晶体结构
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斜方晶系，空间群 Pna21，点群 mm2
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晶胞参数
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a=8.4473 Å， b=7.3788 Å， c=5.1395 Å， Z=4
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熔点
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约834 ℃
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莫氏硬度
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6 Mohs
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密度
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2.47 g/cm3
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导热系数
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3.5 W/m/K
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热膨胀系数
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αx=10.8×10-5 /K，αy=-8.8×10-5 /K，αz=3.4×10-5 /K
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透光波段
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160-2600 nm
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SHG 相位匹配范围
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551-2600 nm （TypeⅠ） 790-2150 nm （Type Ⅱ）
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热光系数
（/℃，λ in μm）
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dnx/dT=-9.3×10-6
dny/dT=-13.6×10-6
dnz/dT=（-6.3-2.1λ）×10-6
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吸收系数
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＜0.1%/cm @ 1064 nm，＜ 0.3%/cm @ 532 nm
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接收角
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6.54 mrad·cm （Ф，Type Ⅰ，1064 SHG）
15.27 mrad·cm （θ，Type Ⅱ，1064 SHG）
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温度带宽
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4.7℃·cm （Type Ⅰ，1064 SHG）
7.5℃·cm （Type Ⅱ，1064 SHG）
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接收谱宽
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1.0 nm·cm （Type Ⅰ，1064 SHG）
1.3 nm·cm （Type Ⅱ，1064 SHG）
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走离角
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0.60° （Type Ⅰ，1064 SHG）
0.12° （Type Ⅱ，1064 SHG）
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NLO 系数
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deff（Ⅰ）=d32cosФ （TypeⅠ，XY平面）
deff（Ⅰ）=d31cos2θ+d32sin2θ （TypeⅠ，XZ平面）
deff（Ⅱ）=d31cosθ （TypeⅡ，YZ平面）
deff（Ⅱ）=d31cos2θ+d32sin2θ （TypeⅡ，XZ平面）
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非零非线性光学系数
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d31=1.05±0.09 pm/V
d32=-0.98±0.09 pm/V
d33=0.05±0.006 pm/V
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Sellmeier 方程
（λ单位μm）
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nx2 = 2.454140 + 0.011249 / (λ2 - 0.011350) - 0.014591λ2 - 6.60 × 10-5 λ4
ny2 = 2.539070 + 0.012711 / λ2 - 0.012523) - 0.018540λ2 + 2.00 × 10-4 λ4
nz2 = 2.586179 + 0.013099 / λ2 - 0.011893) - 0.017968 λ2 - 2.26 × 10-4 λ4
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图1. LBO的透射曲线
室温下LBO晶体的SHG及THG特性
LBO晶体可用于Nd:YAG和Nd:YLF激光的二、三倍频相位匹配，I类、II类匹配皆可。室温下，在551 nm至2600 nm的较大波长范围，XY面和XZ面（见图2）可实现有效倍频系数最大的I类匹配（有效二阶非线性光学系数见表2）。 LBO晶体最佳II类匹配（有效二阶非线性光学系数见表2）在YZ和XZ面上（见图2）。 据报道使用中策科技生产的LBO，Nd:YAG激光在脉冲模式和连续模式下获得的二次谐波转换率可分别大于70%和大于30%，三次谐波转换率大于60%。
图 2. LBO晶体 SHG调谐曲线
LBO晶体二、三倍频的应用
- 对于2W锁模钛宝石激光器（＜2 ps，82 MHz），使用LBO晶体倍频可输出功率大于480 mW的395 nm激光。
- 使用18 mm II类LBO晶体倍频的调Q Nd:YAG激光可获得功率大于80 W的绿光输出。
- 使用9 mm LBO晶体的LD泵浦Nd:YLF激光器（＞500 μJ @ 1047 nm，＜7 ns，0-10 KHz）的倍频转换率可大于40％。
- 利用LBO晶体和频效应可输出187.7 nm 波长的真空紫外光。
- 对调Q Nd:YAG激光进行腔内三倍频可获得输出脉冲能量达2 mJ @ 355 nm的衍射极限光束。
LBO晶体非临界相位匹配
如表3所示，LBO晶体的非临界相位匹配（Non-Critical Phase Matching，NCPM）具有无走离、接受角度宽、有效系数大等特点，充分利用这一特性可使LBO发挥最佳功效。使用非临界相位匹配LBO晶体的Nd:YAG激光在脉冲模式下获得的二次谐波转换率大于70%，在连续模式下获得的二次谐波转换率大于30%，且光束质量好，输出稳定。 如图3所示，室温下LBO晶体可在X轴和Z轴方向分别获得I类和II类非临界相位匹配。 中策科技为配合LBO晶体非临界相位匹配的应用开发了一款加热炉及温度控制器，详细的技术指标请翻阅第68页。
| NCPM温度 | 148 ℃ |
| 接收角 | 52 mrad•cm |
| 走离角 | 0 |
| 温度带宽 | 4 ℃•cm |
| 有效SHG系数 | 2.69×d36（KDP）=1.18 pm/V |
LBO晶体的OPO和OPA
- 对25 W Antares锁模Nd:YAG激光器（76 MHz，80 ps）腔外倍频可获得平均功率大于11 W的532 nm激光。
- 将医用多模调Q Nd:YAG激光倍频可输出20 W的绿光，输入功率越大则输出功率越高。
LBO晶体的OPO和OPA
LBO晶体具有较宽的调谐波长范围和较高的抗损伤阈值，是一种适合于光学参量放大器（OPA）和光学参量振荡器（OPO）应用的优良非线性光学晶体。用二、三倍频的Nd:YAG激光器和308 nm XeCl准分子激光器做泵浦源的OPA和OPO多有报道。LBO晶体的I，II类相位匹配及NCPM的特性为其在OPO和OPA领域的深入研究和应用提供了广阔的空间。图4为XY面上Nd:YAG激光二、三、四倍频泵浦的LBO晶体室温I类OPO理论计算调谐曲线。图5为在XZ面上Nd:YAG激光二、三倍频泵浦的LBO II类OPO调谐曲线。
图 4. LBO晶体 I类OPO调谐曲线 图 5. LBO晶体 II类OPO调谐曲线LBO晶体在OPO和OPA中的应用
- 以355 nm为泵浦光源的OPO具有较高的整体转换率，输出540-1030 nm的可调谐波长。
- 有报道由355 nm光泵浦的I类LBO晶体OPA可实现30% pump-to-signal 能量转换率。
- 由308 nm XeC1 准分子激光为泵浦光源的II类匹配NCPM-OPO系统可实现16.5%的能量转换率，通过不同的泵浦源和温度调节可以获得适合的可调谐波长范围。
- 根据不同的泵源和温度调谐可获得更宽的波长调谐。
- 利用NCPM技术，以Nd:YAG激光器输出的532 nm谐波为泵浦光源，在106.5-148.5 ℃的温度调谐下，I类LBO晶体OPA可输出在750-1800 nm范围的调谐波长。
- 以II类的NCPM LBO作光学参量发生器（OPG），I类临界相位BBO晶体作光学参量放大器（OPA），用4.8 mJ，30 ps，354.7 nm的激光泵浦，可得较窄线宽（0.15 nm）和较高pump-to-signal 能量转换率（32.7%），通过提高LBO晶体的温度或旋转BBO可得到波长调谐范围为线415.9-482.6 nm的光。
LBO晶体的光谱非临界相位匹配
LBO晶体不仅能够获得角度变化的非临界相位匹配（NCPM），还可以获得光谱变化的非临界相位匹配（SNCPM）。如图2所示，其相位匹配转折点位于λ1=1.31μm，θ=86.4°，φ=0°（I 类）和 λ2=1.30 μm，θ=4.8°，φ=0°（II类）；以上两个位置的相位匹配具有较大的光谱接收Δλ；计算所得的Δλ，在λ1处为57 nm·cm，在λ2处为74 nm·cm，均大于其他NLO晶体的Δλ。LBO晶体的这些光谱特性非常适用于约1.3 μm 的宽频相干辐射倍频，如某些二极管激光器及某些不带有线宽变窄组件的OPA/OPO输出。
增透膜
- 可镀制用于1064 nm倍频的双波长增透膜（DBAR），用于1064nm三倍频的三波长增透膜
- 增透膜具有低反射率（R＜0.2% @ 1064 nm，R＜0.5% @ 532 nm，R＜0.2% @ 355 nm），还可根据应用需要镀制超低反射率（R＜0.05% @ 1064 nm，R＜0.1% @ 532 nm）增透膜
- 宽带增透膜（BBAR）适合于可调谐激光器的倍频应用
- 根据客户应用需求选择IBS或IAD镀膜技术
- 高抗激光损伤阈值
- 使用寿命长
- 可提供膜系定制服务
LBO晶体规格指标
| 尺寸公差 |
（W±0.1 mm）×（H±0.1 mm）×（L+0.5/-0.1 mm） （L≥2.5 mm）
（W±0.1 mm）×（H±0.1 mm）×（L+0.1/-0.1 mm） （L＜2.5 mm）
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| 有效通光孔径 | 中心区域直径的90% |
| 平面度 | λ/8 @ 633 nm |
| 透射波前畸变 | λ/8 @ 633 nm |
| 光洁度 | 10/5 参考MIL-PRF-13830B标准 |
| 平行度 | 20″ |
| 垂直度 | 15′ |
| 角度偏差 | Δθ≦0.25°， ΔФ≦0.25° |
| 倒角 | ≦0.2 mm×45° |
| 崩边 | ≦0.1 mm |
| 损伤阈值 |
＞10 GW/cm2 @ 1064 nm，10 ns，10 Hz（抛光片）
＞1 GW/cm2 @ 1064 nm，10 ns，10 Hz（增透膜）
＞0.5 GW/cm2 @ 532 nm，10 ns，10 Hz（增透膜）
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| 品质保证期 | 一年（正常使用） |
备注：
- LBO晶体有易潮解性，建议用户在干燥的环境中使用和保存晶体
- 请小心操作，勿损伤LBO晶体抛光面
- 可按客户需求定制LBO晶体，根据提供的激光器主要性能参数，如脉冲激光器的脉冲能量、脉冲宽度、重复频率，连续激光器的功率，以及光束直径、模式条件、发散角、可调波长范围等条件来推荐适合的晶体规格
- 对于薄片晶体，可免费装配支架
