Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Особенно важным параметром, характеризующим a-ЫЮз, является большая угловая ширина синхронизма. Это дает возможность использовать a-ЫЮз для удвоения излучения полупроводниковых лазеров, отличающихся большой расходимостью излучения.
Глава 12 ТИТАНИЛФОСФАТ КАЛИЯ
12.1. ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛОВ
ТИТАНИЛФОСФАТА КАЛИЯ
Соединения с химической формулой МТЮХО4, где М - катионы R, Rb, TI, NH4, Cs, а X - Р или As, образуют широкую гамму твердых растворов без существенных изменений параметра решетки. Все соединения этой группы имеют аценгричную структуру с точечной группой симметрии шш2 (пространственная группа Pna2i). Наибольшее распространение в нелинейной оптике и в электрооптике получили кристаллы KTiO^O^ (КТР).
284
вс, ер ад
Рис. 11.10. Зависимость угла синхронизма 0f для (оо-е) взаимодействия в кристалле сс-ЬПОз от длины волны
Кристаллы КТР имеют ряд преимуществ перед другими кристаллами, используемыми в нелинейной оптаке и в электрооптике. Свойства КТР приведены ниже:
Показатели преломления:
X = 1,064 мкм..............................................лд = 1,740
п,= 1,747 — 1,830
X = 0,53 мкм ..............................................л, = 1,779
п,= 1,790 пг= 1,887
Температурный коэффициент рефракции, 10“5°С_| ...............&пх - 1,1
hny = 1,3 Anz = 1,6
Нелинейные оптические коэффициенты, 10-12 м/В................du = 6,5
di 2 = 5,0 di з= 13,7 dn = 7,6 rf|5 = 6,1
Угол синхронизма (оое), град........................................23
/•Д7\см-°С ....................................................25
/ Д0, 1 О*5 см-рад*..............................................5,6
I-АХ, 10-4 см мкм'.................................................1
Электрооптические коэффициенты, 10~|2м/В.....................Г|3 = 9,5
Гу = 15,7 г„ = 36,3 г5|=7,3 '-42=9,3 гс | = 28,6
ге 2 = 22,2
Диэлектрическая проницаемость...................................= 11,9
е22= И,3 е33= 15,4
Область прозрачности, мкм...................................0,35...4,5
Коэффициент поглощения для X = 1,064 мкм, см-1..................0,0005
Коэффициент термического расширения, 106оС_|.............а! = 11
С(2 = 9 аз = 0,6
Теплопроводность, 10~2 Вт/(см-°С).............................ki = 2,0
/С2=3,0 /сз= 3,3
Температура плавления, °С.......................................1150
Теплоемкость, Дж/(гград)........................................0,73
Пироэлектрический коэффициент, 10'9 К/(см2 °С)...................7,0
‘ Для X = 1,064 мкм при распространении в плоскости х у
Электрооптический коэффициент г,, КТР почти в три раза превосходит коэффициент г22 ниобата лития, коэффициенты оптической нелинейности КТР тоже превосходят соответствующие коэффициен-
285
ты ниобата лития. Кристалл КТР в отличие от ниобата лития не подвержен оптическому повреждению, приводящему к искажению формы фронтов оптических волн. Эти кристаллы обладают и высокой лазерной прочностью: в кристалле КТР не наблюдалось никаких оптических повреждений после облучения остросфокусированным лучом непрерывного неодимового лазера мощностью 5 Вт и после воздействия импульсов с плотностью мощности 150 мВт/см2 [1]. Высокую лучевую стойкость и прочность имеют кристаллы KDP, однако у этих кристаллов гораздо меньшие, чем у КТР, нелинейные коэффициенты. КТР выигрывает и у таких кристаллов, как иодат лития. Ио-дат лития, обладая высокими коэффициентами нелинейности, лучевой стойкостью и большой температурной шириной синхронизма, имеет гораздо меньшую, чем КТР, угловую ширину синхронизма, кроме того, иодат лития разлагается при сравнительно невысоких температурах и не может использоваться в мощных лазерных пучках. Высокие нелинейно-оптические коэффициенты, некритичность к температурному, частотному и угловому рассогласованию фаз, хорошие тепловые свойства (табл. 12.1), высокая лазерная стойкость делают кристалл КТР одним из наиболее эффективных кристаллов для преобразования частот мощных лазеров с длиной волны 1,06 мкм [2]. Обладая большими электрооптическими коэффициентами и низкими диэлектрическими константами, кристаллы КТР являются перспективными материалами для электр о оптических затворов и модуляторов добротности лазерных резонаторов [3]. Свойства КТР и его оптическая стабильность позволили использовать этот кристалл для создания элементов интегральной оптики [4].
12.2. СТРУКТУРА КРИСТАЛЛОВ КТР
Кристаллы КТР имеют орторомбическую структуру с 64 атомами в элементарной ячейке (8 х КТЮРОо) и параметрами решетки а = = 12,814, b = 6,404 и с - 10,616. Структура КТР и его аналогов [5 - 9] формируется зигзагообразными цепочками кислородных октаэдров, в центре которых находится ион Ti4+. Октаэдры, составляющие цепочки, повернуты друг относительно друга вокруг оси [100] так, что их можно разделить на октаэдры Ti(i)Oo (цис-октаэдры) и ТвдОо (транс-октаэдры), образующие цепочки Ti(i)Oo - Ti(2)04. Эти цепочки сшиты между собой тетраэдрами Р(2)Оо в слои, параллельные (100) и гофрированные в направлении [001] (рис. 12.1, а). Другие тетраэдры P(i)Oo связывают слои с различающимися по ориентации цепочками в трехмерный каркас. В трехмерной структуре тоже можно выделить цепочки с последовательным чередованием фрагментов P(i>04 Ti(n -Ti(2), параллельные (201), цепочки P(i)04 - Ti(2), параллельные [100], зигзагообразные цепочки Р(2)04 - Ti(2)04, вытянутые вдоль [010]. Та-
