磷酸鈦氧鉀（KTiOPO4，簡稱KTP）
磷酸鈦氧鉀(KTP)
KTP(KTiOPO4)在商業和軍用激光里被廣泛使用，包括實驗室和醫學系統, 射程探測器，激光雷達，光通信和工業激光系統。
KTP晶體特點:
非線性光學系數大
接收角大，走離角小
寬的溫度和光譜帶寬
光電系數高和介電常數低
抗阻比值大
不吸水,化學、機械性能穩定性
基本屬性
1. 化學和結構性能
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晶體結構
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斜方晶系,空間群Pna21,點群mm2
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晶格參數
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a=6.404?, b=10.616?, c=12.814?, Z=8
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熔點
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About 1172°C
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莫斯硬度
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5
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密度
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3.01 g/cm3
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導熱系數
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13W/m/K
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熱膨脹系數
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axayaz=0.6x10-6/0C =9x10-6/0C, =11x10-6/0C,
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光學和非線性光學性能
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可透波段范圍
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350~4500nm
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SHG相位匹配范圍
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497 ~ 1800nm (Type II)
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熱光系數(/°C)
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dnx/dT=1.1X10-5
dny/dT=1.3X10-5 dnz/dT=1.6X10-5 |
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吸收系數
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<0.1%/cm at 1064nm <1%/cm at 532nm
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For Type II SHG of a Nd:YAG laser at 1064nm
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Temperature Acceptance: 24°C-cm
Spectral Acceptance: 0.56nm-cm Angular Acceptance: 14.2mrad-cm (φ);55.3mrad-cm (q) Walk-off Angle: 0.55° |
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非線性系數
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deff(II)? (d24 - d15)sin2fsin2q - (d15sin2f + d24cos2f)sinq
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Non-vanished 非線性磁化系數
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d31=6.5 pm/V d24=7.6 pm/V
d32= 5 pm/V d15=6.1 pm/V d33=13.7 pm/V |
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Sellmeier 方程
(l in μm)
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nx2=3.0065+0.03901/(l 2-0.04251)-0.01327l2
ny2=3.0333+0.04154/(l 2-0.04547)-0.01408l 2 nz2=3.3134+0.05694/(l 2-0.05658)-0.01682l 2 |
摻釹激光的倍頻、混頻應用
KTP最常用于倍頻Nd:YAG及其他摻Nd晶體的激光，特別是在中低功率密度的激光器中。到目前為止，利用KTP進行腔內與腔外倍頻的摻Nd晶體的激光器，在逐步取代可見光染料激光和可調藍寶石激光器。在許多的工業研究中，該種激光器被廣泛用做綠光光源。
* 由15W的二極管泵浦的0.5%Nd:YVO4與KTP晶體，可獲得的8W 綠光輸出
* 使用本公司的2x2x5mm KTP 和3x3x1mm2% Nd:YVO4的晶體，可將1W二極管泵浦光轉化成200mW的綠光輸出.
* 2-5mw綠光輸出可從180mw LD pumped Nd:YVO4 和 KTP膠合晶體中獲得
KTP也正用于腔內810nm二極管泵浦光和1064nmNd:YAG激光混頻產生藍光, 和Nd:YAG激光器或Nd:YAP激光器的1300nm光進行腔內倍頻。
圖1：II類KTP在XY平面內倍頻 圖2：II類KTP在XZ平面內倍頻
光學參量放大、振蕩（OPO and OPA）應用
如圖3，圖4中所示，由于KTP的二次諧波效應和光學參量放大性能，其在可調Nd離子激光器中的輸出波長調節（從可見光--600nm，到中遠紅外--4500nm）中起到核心組件的作用。
通常情況下，KTP可以在高重復頻率和mW平均功率級別的條件下，提供fs級別的穩定、連續脈沖輸出。使用KTP進行光學參量放大，可以將Nd:YAG激光器1064nm泵浦光轉換成2120nm光，轉換效率能達到66%左右。
圖3：XZ平面內（532nm泵浦） OPO 圖4：XY平面內（532nm泵浦）OPO
表1.電光調節器
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Phase
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Amplitudee |
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材料
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e
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N
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R(pm/V)
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k(10-6/°C)
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N7r2/e(pm/V)2 | r(pm/V) | k(10-6/°C)°C) | n7r2/e(pm/V)2 |
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KTP
LiNbO3
KD*P
LiIO3
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15.42
27.9
48.0
5.9
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1.80
2.20
1.47
1.74
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35.0
8.8
24.0
6.4
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31
82
9
24
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6130
7410
178
335
|
27.0
20.1
24.0
1.2
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11.7
42
8
15
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3650
3500
178
124
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從表1，可以發現，KTP以其損傷閾值高，光學透過波段寬(>15GHZ)，熱、化學性能
穩定，低吸收等特點，相對LiNbO3晶體更適合于作E-O器件。
光波導應用
在KTP基底上進行離子交換處理，可得到低吸收的光波導器件。這項技術使得KTP
在集成光路方面獲得了更多的應用。
表2給出了KTP與其他光波導材料的對比。
表1.電光光波導材料
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材料
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r (pm/V)
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N
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eeff(e11e33)1/233)1/2 |
n3r/eeff (pm/V)
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KTP
LiNbO3
KNbO3
BNN
BN
GaAs
BaTiO3
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35
29
25
56
56-1340
1.2
28
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1.86
2.20
2.17
2.22
2.22
3.6
2.36
|
13
37
30
86
119-3400
14
373
|
17.3
8.3
9.2
7.1
5.1-0.14
4.0
1.0
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增透膜:
1. AR-(1064/532)nm. R<0.2% at 1064nm and R<0.5% at 532nm nm
損傷閾值>300MW/cm2@1064,532nm0MW/cm2@1064,532nm
2. 寬帶增透膜
3. HR1064nm&HT532nm, R>99.8%@1064nm, T>90%@532nm.
KTP產品其他標準
尺寸公差: (寬±0.1mm)x(高±0.1mm)x(長+0.5/-0.1mm)(長度≥2.5mm)
(寬±0.1mm)x(高±0.1mm)x(長+0.1/-0.1mm) (長度<2.5mm)
通光孔徑:中心90%
50mW綠光激光器下,晶體內部無可見光路
平面度：小于 λ/8 @ 633nm
波前畸變: 小于λ/8 @ 633nm
倒邊: ≤0.2mm@45°
崩邊: ≤0.1mm
表面光潔度: 小于10/ 5（MIL-PRF-13830B）
通光面平行度:小于20"
側面垂直度: ≤5'
角度公差: △θ≤0.25°, △ф≤0.25°
損傷域值:[GW/cm ]: >0.5 for 1064nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
>0.3 for 532nm, TEM00, 10ns, 10HZ (AR-coated)
