Kubisk kristallin struktur med hög värmeledningsförmåga

Neodymdopad yttriumaluminiumgranat (Nd:YAG) kristall

BBO-kristall (β-Bariumborat, β-BaB₂O₄), en trigonal icke-centrosymmetrisk ickelinjär optisk kristall, är känd för att generera 2:a–5:e övertoner i Nd:YAG-lasrar med effektivitet upp till 70 % (SHG, 532 nm), 60 % (THG, 355 nm), 50 % (FHG, 266 nm) och rekordhöga 200 mW vid 213 nm (FFHG). Dess överlägsna prestanda härrör från ett brett transparensområde (189–3500 nm), hög ickelinjär koefficient (d₁₁ = 2,6 pm/V vid 1064 nm→532 nm), låg fotoreaktivitet och icke-hygroskopicitet, vilket gör den avgörande för UV-litografi, lasermikrobearbetning och medicinsk optik.

LBO-kristallLBO-kristallen, förkortning för litiumtriboratkristall, är en anmärkningsvärd ickelinjär optisk kristall. Med en kemisk formel på LiB₃O₅ har den ett brett transparensområde från 155 till 3200 nm, vilket möjliggör interaktion med olika laserkällor. Den har en hög skadetröskel och kan motstå intensiva laserstrålar utan prestandaförsämring, vilket är avgörande för högeffektslaserapplikationer. LBO-kristallen uppvisar också utmärkt optisk homogenitet. Den används ofta för frekvensfördubbling, trippelfördubbling av pulserade lasrar med hög toppeffekt och optiska parametriska oscillatorer. Dess enastående egenskaper gör den till en viktig komponent i optiska system som medicinska lasrar, laserdisplayer och optisk datalagring.

KTP-kristall används mestadels som ickelinjära kristaller för frekvensdubblering av fastfas-Nd:YAG-kristaller eller Nd:YVO4-kristalllasrar, eftersom de har stora ickelinjära optiska koefficienter, bred vinkelbandbredd och liten avgångsvinkel, bred temperatur- och spektralbandbredd. KTP-kristaller har också hög elektrooptisk (EO) koefficient och låg dielektricitetskonstant, samt ett stort merittal, vilket gör att de också används i stor utsträckning inom elektrooptiska tillämpningar.

Periodiskt polerad kaliumtitanylfosfat (PPKTP) kristall är en ferroelektrisk ickelinjär kristall med en unik struktur, som bidrar till effektiv frekvensomvandling genom kvasi-fas-matchning (QPM). Kristallen består av alternerande domäner med spontan polarisering av motsatta orienteringar, vilket gör det möjligt för QPM att korrigera fasavvikelser i ickelinjära interaktioner. Kristallen är lämplig för effektiv omvandling av alla ickelinjära processer inom sitt transparensområde.

Litiumniobat (LiNbO3) används ofta som elektrooptisk modulator och Q-switch för Nd:YAG-, Nd:YLF- och Ti:safirlasrar samt modulator för fiberoptik etc. Transversell modulering används mestadels för LiNbO3-kristaller. LiNbO3-kristaller används också ofta som frekvensdubblare för våglängder >1 µm och optiska parametriska oscillatorer (OPO) pumpade vid 1064 nm samt kvasifasematchade (QPM) enheter.

Periodiskt polad LN (PPLN) kristall bildas genom att tillverka den ickelinjära optiska kristallen litiumniobat (LN) till en periodiskt omvänd domänstruktur, baserad på kvasifasematchningsteorin (QPM). Denna unika strukturella design möjliggör specifika optiska egenskaper som är avgörande för ickelinjära optiska tillämpningar.

Kaliumdivätefosfat (KDP, KH₂PO₄) och kaliumdideuteriumfosfat (KDP, KD₂PO₄) är tetragonala ickelinjära optiska kristaller som används i stor utsträckning för andra (532 nm, 60 % effektivitet), tredje (355 nm) och fjärde harmoniska generationen (266 nm) av Nd:YAG-lasrar via typ I/II-fasmatchning vid rumstemperatur, där KDP erbjuder 75 % SHG-effektivitet och högre skadetröskel via deuterering. Som elektrooptiska material har de ultrahöga koefficienter (r₃₃=23,3 pm/V för KDP), låg halvvågsspänning (~7,6 kV vid 1064 nm) och bred bandbredd (>10 GHz), vilket möjliggör tillämpningar i Pockels-celler, modulatorer och högeffektslasersystem som tröghetsfusion, där KDP:s icke-hygroskopicitet överträffar KDP i tuffa miljöer.

Kalcit (CaCO₃), en trigonal negativ enaxlig kristall med extrem dubbelbrytning och bred transmission (200 nm–2300 nm), är det främsta materialet för polariserande optik för synligt nära-infrarött ljus trots sin mjukhet (Mohs 3) och hygroskopicitet. Det möjliggör Glan-Taylor/Thompson-polarisatorer med extinktionsförhållanden >10⁶:1, strålförskjutningselement och UV-vågplattor, och överträffar syntetiska kristaller som YVO₄ i det ultravioletta området men kräver AR-beläggningar och fuktighetskontroll.

Yttriumortovanadat (YVO4) är en positiv enaxlig kristall som odlats med Czochralski-metoden. Den har goda mekaniska och fysikaliska egenskaper och är idealisk för optiska polariserande komponenter på grund av sitt breda transparensområde och stora dubbelbrytning. Den är ett utmärkt syntetiskt substitut för kalcit- (CaCO3) och rutil- (TiO2) kristaller i många tillämpningar, inklusive fiberoptiska isolatorer och cirkulatorer, strålförskjutningselement, Glan-polarisatorer och annan polariserande optik, etc.

Högtemperaturform BBO (a-BaB2O4) är en negativ enaxlig kristall. Den har stor dubbelbrytning över det breda transparenta området från 189 nm till 3500 nm. Nyligen har MT-Optics lyckats få denna kristall att växa till stor storlek. De fysikaliska, kemiska, termiska och optiska egenskaperna hos a-BBO-kristallen liknar de hos β-BBO. Emellertid försvinner de ickelinjära optiska egenskaperna hos a-BBO-kristallen på grund av den centriska symmetrin med dess kristallstruktur, det rekommenderas inte för NLO-processer.

Neodymdopad gadoliniumvanadat (Nd:GdVO4-kristaller) Tillhörande det tetragonala kristallsystemet, är ett utmärkt idealiskt laservärdmaterial för DPSS (Diode Pumped Solid State) mikro-/minilasrar. Den uppvisar anmärkningsvärda fysikaliska, optiska och mekaniska egenskaper. När det gäller laserprestanda uppvisar Nd:GdVO4-kristaller högre lutningseffektivitet jämfört med Nd:YAG-kristaller. Jämfört med Nd:YVO4-kristaller har de överlägsen värmeledningsförmåga, vilket möjliggör stabilare drift under höga effektförhållanden och kan uppnå högre effekt. Dessutom underlättar dess distinkta optiska anisotropi effektiv polarisationskontroll i lasersystem. Dessa egenskaper gör Nd:GdVO4-kristaller mycket lämpliga för tillämpningar i kompakta laseranordningar, såsom medicinsk laserutrustning, precisionslaserbehandlingssystem och avancerade laseruppsättningar för vetenskaplig forskning, där hög effektivitet och stabil prestanda är kritiska krav.

Nd:YAG-kristall är det mest använda fasta tillståndslasermaterialet idag. Det har använts i "mikro/mini" DPSS (Diode Pumped Solid State) lasersystem för att generera högkvalitativ röd, grön eller blå laserutgång. Den blå lasern från Nd:YAG-kristall har högre effektivitet och är lättare att realisera än den blå lasern från Nd:YVO4-kristall. Nd:YAG-kristall används också i stor utsträckning i militära, vetenskapliga, medicinska och industriella lasersystem, högpresterande vetenskapliga lasersystem, laserterapi, kosmetologisystem, lasermärkning, laserborrning och andra lasermaterialbearbetningssystem. Det är värt att notera att Nd:YAG-kristall är det bästa lasermaterialet för högeffekts-, högenergi- och Q-switchade pulslasersystem. De omfattande tillämpningarna av Nd:YAG-kristall i olika lasersystem härrör från dess enastående fysikaliska och mekaniska egenskaper.

Nd:YVO4 är en av de mest effektiva laservärdkristallerna som för närvarande finns för diodlaserpumpade fasta tillståndslasrar. Dess stora stimulerade emissionstvärsnitt vid laservåglängden, höga absorptionskoefficient och breda absorptionsbandbredd vid pumpvåglängden, höga laserinducerade skadetröskel samt goda fysikaliska, optiska och mekaniska egenskaper gör Nd:YVO4 till en utmärkt kristall för högpresterande, stabila och kostnadseffektiva diodpumpade fasta tillståndslasrar.

Terbium-galliumgranat (TGG) är det högra kristallmaterialet för Farady-komponenter (rotator och isolator). Farady-rotatorn består av en TGG-stav innesluten i en specialdesignad magnet. Polariseringen av en ljusstråle som passerar genom rotatorn orsakar rotation. Rotationsriktningen beror endast på magnetfältets riktning och inte på ljusstrålens utbredningsriktning. Den optiska isolatorn består av en 45-graders rotator placerad mellan två lämpligt placerade polarisatorer som tillåter en ljusstråle att passera i endast en riktning. Med en kombination av utmärkta egenskaper, såsom hög Verdet-konstant, låg ljusförlust, hög värmeledningsförmåga och hög ljusskadetröskel, är TGG det unika materialet för Farady-komponenter. Det används ofta för YAG-lasrar och Ti:safir-avstämbara lasrar, ringlasrar etc.

Cr⁴⁺:YAG-kristall är en kristall med utmärkta prestanda som passiv Q-brytare för Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO₄ och andra neodymdopade eller ytterbiumdopade lasrar med våglängder från 0,8 till 1,2 μm. Med en passiv Q-brytare eller mättningsbar absorberare kan tillräckliga laserpulser erhållas utan behov av en elektrooptisk brytare. Tack vare dess goda kemiska stabilitet, hållbarhet, UV-resistens, goda värmeledningsförmåga, höga skadetröskel (>500 MW/cm²) och enkla hantering kommer den att ersätta den vanligt förekommande LiF och färgämnena inom passiva Q-brytare och bli ett utmärkt val för 1 μm Nd-dopade lasrar.