Nichtlineare optische Kristalle

BBO-Kristalle für nichtlineare Optik

BBO-Kristalle zur Erzeugung höherer UV-Harmonischer sowie für optisch-parametrische Oszillatoren (OPO) und Verstärker (OPA), mit Kristallschnitten für die erforderliche Phasenanpassung.

Lieferant und Fertigungspartner mit Sitz in Deutschland
Fertigung nach Kundenspezifikationen
Optische Prüfung und Messung nach spezifizierten Anforderungen
Von Einzelteilen und Prototypen bis zur Wiederholbelieferung

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BBO-Kristalle als runde Scheibe, zwei rechteckige Blöcke und eine dünne rechteckige Platte

Produktübersicht

Kundenspezifische BBO-Kristalle können hinsichtlich Kristallschnitt, Abmessungen, Oberflächenanforderungen und optischer Beschichtungen spezifiziert werden.

BBO (Beta-Bariumborat, β-BaB₂O₄) ist ein negativ einachsiger nichtlinearer optischer Kristall, der häufig zur Frequenzkonversion von Laserstrahlung eingesetzt wird. Er ermöglicht die winkelabhängige Phasenanpassung vom Typ I und Typ II und wird insbesondere für die Frequenzverdopplung (SHG), Summenfrequenzerzeugung (SFG), optisch-parametrische Oszillation (OPO) und optisch-parametrische Verstärkung (OPA) verwendet.

BBO eignet sich besonders für die Frequenzkonversion im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich. In Nd-basierten Lasersystemen wird der Kristall häufig in Frequenzkonversionsstufen eingesetzt, die aus einer Grundwellenlänge von 1064 nm Ausgangsstrahlung bei 532 nm, 355 nm, 266 nm und 213 nm erzeugen.

Vorteile auf einen Blick

Breiter Transparenzbereich von etwa 190–3500 nm
Breite Phasenanpassungsbereiche für Wechselwirkungen vom Typ I und Typ II
Großer effektiver nichtlinearer Koeffizient
Hohe Laserzerstörschwelle

Typische Spezifikationen

Repräsentativer Fertigungsbereich
Rechteckiger Querschnitt	4 × 4 mm bis 12 × 12 mm
Länge	4–14 mm Weitere Abmessungen auf Anfrage.
Maßtoleranzen	(W ±0,1 mm) × (H ±0,1 mm) × (L +0,2 / −0,1 mm)
Phasenanpassungswinkel (θ, φ)	Abhängig von Wellenlänge und Anwendung
Phasenanpassungstyp	Typ I oder Typ II
Toleranz des Kristallschnittwinkels	±0,5°
Oberflächenebenheit	λ/8 bei 633 nm
Oberflächenqualität	10-5 Scratch-Dig
Parallelität	< 20 Bogensekunden
Rechtwinkligkeit	< 5 Bogenminuten
Freie Apertur	≥ 90 % der gesamten Apertur
Fase	Abhängig von den Kristallabmessungen
Beschichtungsoptionen	Schutzbeschichtungen sowie einbandige, zweibandige oder breitbandige AR-Beschichtungen auf Anfrage

Eigenschaften

Physikalische und chemische Eigenschaften

Kristallstruktur: Trigonal
Raumgruppe: R3c
Optischer Charakter: Negativ einachsig
Gitterparameter: a = b ≈ 12,532 Å; c ≈ 12,717 Å; Z = 6
Dichte: 3,85 g/cm³
Schmelzpunkt: 1095 °C
α–β-Phasenübergang: 925 °C
Mohshärte: 4,5–5
Absorptionskoeffizient: < 0,1 %/cm bei 1064 nm
Spezifischer elektrischer Widerstand: > 1 × 10¹¹ Ω·cm
Wärmeausdehnung: 25–900 °C: αₐ = 4 × 10⁻⁶ K⁻¹; αc = 36 × 10⁻⁶ K⁻¹
Wärmeleitfähigkeit: 1,2 W/(m·K) ⟂ c; ≈ 1,6 W/(m·K) ∥ c
Hygroskopizität: Gering; trockene Lagerung wird empfohlen

Lineare optische Eigenschaften

Transparenzbereich: 189–3500 nm
Brechungsindizes bei 1064 nm: nₑ ≈ 1,5392; nₒ ≈ 1,6545
Brechungsindizes bei 532 nm: nₑ ≈ 1,5547; nₒ ≈ 1,6742
Brechungsindizes bei 266 nm: nₑ ≈ 1,6126; nₒ ≈ 1,7585
Thermooptische Koeffizienten: dnₒ/dT = −9,3 × 10⁻⁶ K⁻¹; dnₑ/dT = −16,6 × 10⁻⁶ K⁻¹
Sellmeier-Gleichung für nₒ (λ in µm): nₒ² = 2,7359 + 0,01878 / (λ² − 0,01822) − 0,01354λ²
Sellmeier-Gleichung für nₑ (λ in µm): nₑ² = 2,3753 + 0,01224 / (λ² − 0,01667) − 0,01516λ²

Nichtlineare optische Eigenschaften

Phasenanpassbarer Ausgangswellenlängenbereich: 189–1750 nm
Effektiver nichtlinearer Koeffizient für Typ I: d_eff = d31 sinθ + (d11 cos3φ − d22 sin3φ) cosθ
Effektiver nichtlinearer Koeffizient für Typ II: d_eff = (d11 sin3φ + d22 cos3φ) cos²θ
Elektrooptischer Koeffizient: r₂₂ = 2,7 pm/V
Volumenzerstörschwelle als Referenz: Bei 1064 nm: 5 GW/cm², 10 ns Bei 1064 nm: 10 GW/cm², 1,3 ns Bei 532 nm: 1 GW/cm², 10 ns Bei 532 nm: 7 GW/cm², 250 ps

Typische Anwendungen

Frequenzverdopplung (SHG) von Laserstrahlung bei 1064 nm zur Erzeugung von 532 nm
Erzeugung der dritten, vierten und fünften Harmonischen von 1064-nm-Lasern (355, 266 und 213 nm)
Summenfrequenzerzeugung (SFG) und weitere nichtlineare Frequenzmischprozesse
Optisch-parametrische Oszillation und Verstärkung (OPO/OPA) für durchstimmbare Laserquellen
Frequenzkonversion im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich in gepulsten Festkörperlasersystemen