[发明专利]特殊切角的硼酸氧钙稀土盐激光倍频晶体

说明书

本发明涉及一种特殊切角的硼酸氧钙稀土盐[ReCa₄O(BO₃)₃，简称ReCOB，(Re＝Gd，Y)]晶体激光倍频器件，属于光电子技术领域。

ReCOB(Re＝Gd，Y)是由Aka等人于1995年发现的一类新型非线性光学人工晶体，目前已发现YCOB和GdCOB两种晶体具有非线性光学效应大(和LiB₃O₅晶体具有同量级的非线性光学效应)，易生长的特点，典型晶体的尺寸已可达到φ50×100mm。同时发现，这两种晶体都能对1340nm、1064nm、1053nm、940nm等波长的激光进行有效倍频产生红、绿、蓝等多种可见激光。此外，这两种晶体的Gd，Y两种离子易于被激活离子Nd，Yb等所取代，从而形成Nd：YCOB、Yb：YCOB等自倍频晶体，目前晶体的自倍频绿光输出已可达到50mw。因此，Nd：YCOB和Nd：GdCOB也是一种很好的自倍频晶体材料。由于这类材料具有上述这些优点，从而引起了光电子领域科学技术界的广泛兴趣。

ReCOB晶体属单斜m点群，是目前所有实用的非线性晶体材料中对称性最低的晶体，也是迄今所知非线性晶体中对称性最低者之一。受晶体点群对称性的影响，该晶体的非线性光学系数d_ij(i＝1-3，j＝1-6，其中1→11，2→22，3→33，4→23，5→13，6→12)有多达八个非零分量，考虑到晶体的倍频系数所应服从的Kleinman对称性条件，此类晶体仍有六个独立的d_ij系数，它们是d₃₃，d₁₁，d₃₂，d₁₂，d₁₃和d₃₁，这六个倍频系数从原理上分析，d₃₃，d₁₁，d₃₁，d₁₃四个系数可以从Maker条纹法测出，然后再用相位匹配法以测定d₃₂，d₁₂。但是由于这类晶体对称性很低，到目前为止还未能成功地测定出它们的倍频系数。因此，很难计算这类晶体的有效倍频系数，并进而确定制作激光倍频器时的最佳切角。1997年日本科学家在θ＝33°，φ＝9°方向初步测定了YCOB晶体的有效倍频系数。目前多数科学家认为YCOB晶体的最佳相位匹配方向(也就是在这一方向具有最大有效倍频系数)是θ＝33°，φ＝9°，最近的Nd：YCOB晶体自倍频实验也认为这一方向是最好的相位匹配方向。然而，理论计算和实验测试都发现θ＝33°，φ＝9°方向并不是YCOB晶体的最佳相位匹配方向。

本发明目的就是通过理论计算和实验测定，找出用ReCOB晶体制作激光倍频器件时的最佳切角方向，使得按本发明特殊切角制作的ReCOB晶体激光倍频器件具有比现有技术更高的倍频转换效率。

本发明的主要内容就是对硼酸氧钙稀土盐晶体器件，在入射光波长为1340～940nm切角范围是：硼酸氧钙钇晶体为θ＝67.0±5～64.4±5°，Φ＝27.5±5～44.8±5°或θ＝67.0±5～66.3±5°而Φ＝152.5±5～135.3±5°；对硼酸氧钙钆为θ＝64.5±5～60.5±5°，Φ＝34.4±5～61.5±5°或θ＝68.8±5～66.5±5°而Φ＝145.7±5～119.9±5°。

硼酸氧钙钇晶体在入射光波长为1340nm切角为θ＝67.0±5°，Φ＝27.5±5°，或θ＝67.0±5°，Φ＝152.5±5°。

硼酸氧钙钇晶体在入射光波长为1064nm切角为θ＝65.9±5°，Φ＝36.9±5°，或θ＝66.3±5°，Φ＝143.5±5°。

硼酸氧钙钇晶体在入射光波长为1053nm切角为θ＝64.4±5°， Φ＝44.8±5°，或θ＝66.8±5°，Φ＝135.3±5°。

硼酸氧钙钇晶体在入射光波长为940nm切角为θ＝64.4±5°，Φ＝44.8±5°，或θ＝66.8±5°，Φ＝135.3±5°。

硼酸氧钙钆晶体在入射光波长为1340nm切角为θ＝64.5±5°，Φ＝34.4±5°，或θ＝66.5±5°，Φ＝145.7±5°。

硼酸氧钙钆晶体在入射光波长为1064nm切角为θ＝62.0±5°，Φ＝47.8±5°，或θ＝67.0±5°，Φ＝132.6±5°。

硼酸氧钙钆晶体在入射光波长为1053nm切角为θ＝62.0±5°，Φ＝48.7±5°，或θ＝67.0±5°，Φ＝131.7±5°。