Tinh thể KTP trong Green Laser Pointer

CHƯƠNG 2 HỆ GREEN LASER POINTER

2.5. Tinh thể KTP trong Green Laser Pointer

2.5.1 Đặc điểm của tinh thể

Potassium Titanyl Phosphate (KTP hoặc KTiOPO4 ) là một vật liệu quang phi tuyến phù hợp sử dụng trong nhiều hệ thống quang. Ứng dụng phổ biến là bộ nhân đôi tần số 1064m ở lối ra của laser Nd: YAG. Hiệu suất chuyển đổi thành 0.532 mlên đến 60% tại 250MW/ 2

26

KTP lần đầu tiên được tổng hợp vào năm 1890 bởi L. Ouvard nhưng phải mãi đến năm 1970 Zumsteg, Biertein và Gier at E.I DuPoint mới xác định tính chất quang phi tuyến của tinh thể này.

KTP là vật liệu quang phi tuyến thường được sử dụng để nhân đôi tần số của các laser rắn như Nd: YAG và các laser pha tạp neodymium. Vật liệu có hệ số quang phi tuyến lớn và độ ổn định nhiệt cao. Tuy nhiên nó có thiên hướng gây đổi màu ở bước sóng 1064nm cơng suất cao sinh ra hiện tượng phát sóng hài bậc hai và có xu hướng giới hạn khi nó được sử dụng trong hệ thống có cơng suất trung bình và thấp.

KTP có cấu trúc tinh thể trực giao, có độ truyền qua cao đối với các bước sóng giữa 350 nm – 2700 nm với sự truyền giảm gần 4500 nm khi đó tinh thể thực sự là chắn sóng. Hệ số phát sinh phát sóng hài bậc hai lớn gấp 3 lần so với tinh thể KDP (Potassium dihydrogen phosphate - KH PO2 4 ).

Tinh thể KTP là vật liệu quang phi tuyến duy nhất được sử dụng rộng rãi cho quá trình tạo phát sóng hài bậc hai của các laser Nd phát xạ xung quanh 1m. KTP đồng thời cũng rất thu hút đối với các ứng dụng thay đổi thông số quang hoặc thay đổi tổng hay hiệu tần số trên toàn bộ dải truyền qua từ 0.35m đến 4.0m. Mặc dù một số đặc tính của vật liệu khác tốt hơn nhưng KTP có một sự kết hợp các tính chất làm cho nó có điểm đặc biệt riêng cho các ứng dụng quang phi tuyến và phát sóng hài bậc hai của laser Nd: KTP – là vật liệu phi tuyến tốt nhất cho laser Nd – là laser nổi bật trong những năm gần đây. Nhược điểm của KTP chính là u cầu cho q trình tạo mầm cho các tinh thể này khó, giá thành cao và các tinh thể có kích thước nhỏ.

KTP bị phân hủy ở nhiệt độ nóng chảy khoảng 0

1150 C và vì thế các q trình nóng chảy thơng thường không thể sử dụng cho việc tạo vật liệu này. Các đơn tinh thể KTP có thể được tạo ra bởi cả kỹ thuật thủy nhiệt và kỹ thuật thủy dịng. Các tinh thể hiện nay có chiều dài lên tới 20 mm trên thị trường. [5]

27

2.5.2 Các tính chất của tinh thể KTP

Bảng 2.2. Các tính chất vật lý và hóa học của tinh thể KTP.

Cơng thức hóa học KTiOPO4

Cấu trúc tinh thể Trực giao

Các thông số mạng 0 0 0 12.814 , 6.404 , 10.616 a= A b= A c= A Điểm nóng chảy ~ 0 1150 C Màu sắc Khơng màu Mật độ (X-ray) 3 3.03 /g cm

Nhiệt dung riêng

0 0,1737cal gm C/ Độ truyền nhiệt 2 0 1 2.0, 2 3.0, 3 3.3( 10 / / ) k = k = k =  − W cm C Mất mát do hấp thụ bước sóng 1064m <1%/cm

28

Bảng 2.3. Các tính chất phi tuyến của tinh thể KTP.

Các hệ số quang phi tuyến ( 12 10− m V/  ) d31=6.5, d32=5.0, d33=13.7, d24=7.6, d15=6.1 Chỉ số khúc xạ tại 1,064m nx=1.740, ny=1.747, nz=1.830 Chỉ số khúc xạ tại 0,532m nx=1.779, ny=1.790, nz=1.887

Type Phase Matching

Loại II

Góc ghép pha với 1,064m Tạo với trục x

0 24 trong mặt phẳng xy Độ rộng phổ 0 5.6A Độ rộng góc 20 mrad Nhiệt độ 0 25 C ~cm Walk-off Angle 1mrad( 0 0, 26 )

Ngưỡng phá hủy quang

2

450MW cm/



2.5.3 Ứng dụng của KTP

KTP là vật liệu duy nhất kết hợp các tính chất như hệ số phi tuyến cao, khơng hút ẩm. Phù hợp với các hệ laser yêu cầu cao, hiệu suất lớn và ổn định. Nó có thể được sử dụng cả trong thương mại lẫn quân sự bao gồm y tế và các hệ laser trong phịng thí nghiệm, trong cơng nghiệp bán dẫn.

29

- Bộ ghép đôi tần số cho các laser pha tạp Nd cho ánh sáng xanh lá cây hoặc ánh sáng đỏ.

- Bộ trộn tần số của laser Nd hay laser diode cho ánh sáng màu xanh lam.

- Bộ dao động thông số quang trong vùng hồng ngoại gần đến 4m .

- Bộ điều biến quang điện, chuyển mạch quang, các bộ ghép định hướng.

- Bộ dẫn sóng quang cho các thiết bị quang phi tuyến lớn, các bộ quang điện tích hợp.

- Bộ phát hiệu tần số trong vùng hồng ngoại gần.

Hình 2.4. Tinh thể KTP trong Green Laser Pointer.