|
|
|
目次に戻る 資料・データ・各種非線形結晶←Click （このページにはありません) ２００ ５年５月１日 基礎解説 特別な非線形結晶の選択 結晶ホルダー 結晶の在庫 （New !!) BiBO結晶
BBO結晶(フラックス成長法、CZ 成長法も可能です）KTP結晶 ←Click （このページにはありません) PPKTP・周期分極反転KTP ←Click （このページにはありません) 高耐損傷閾値・HGTR-KTP結晶 ←Click （このページにはありません) 中赤外用・非線形光学結晶デバイス ←Click （このページにはありません) ダイオード励起レーザの構成品 ←Click （このページにはありません これから固体レーザーに取り組む方に 光学パラメーター（計算値） （このページにはありません)
各種非線形光学結晶のパラメータ比較 （このページにはありません) 結晶面の表示とカット角・軸方向非線形結晶の基本定義と図による解説（ＢＩＢＯ結晶の場合）（このページにはありません)
非線形光学結晶は機能デバイス化されたものを販売いたします。
非線形光学結晶 資料・データ・各種非線形結晶デバイス←Click （このページにはありません)
ここでいう非線形光学結晶（ＮＬＯ：Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ)とは、レーザの波長変換に使われるものを指しています。 ここでは、３元素の結晶である ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＢiＢＯ結晶の基本的な特性、利点および 応用について、このページに記載します。 ＫＴＰ結晶、赤外用非線形光学結晶、等については、別のページに記載されています。
なおＬＮ(LiNbO3 MgO:LiNbO3)結晶は出力ビーム品質が劣悪になるので、弊社は非線形光学結晶としては欄外の結晶と考えています。 ＰＰＬＮ・ＰＰＭｇＬＮ・ＰＰＳＬＴ結晶はさらに劣悪な品質で、オーソドックスで高品位な波長変換が要求される固体レーザの分野 ではとうてい馴染めるものではありません。 資料・データ・各種非線形結晶 ←Click （このページにはありません)
非線形光学結晶で最も重要なファクターは最終的には 損傷閾値が高い ことです。 レーザーを信号・情報として取り扱う 分野はともかく、非線形光学結晶にて高効率・高品質な波長変換をめざすならば； → 変換効率 ∝ 1／（ビーム径）２ の観点で結晶を選択して下さい。
（株）ダウは品質重視の立場から４元素以上から構成される非線形結晶（ＫＴＰを除いた ）取り扱いません。 ４元素のＫＴＰ 結晶を選ぶ際はくれぐれも品質について事前によく調べた上、メーカを選択して下さい。
結晶成長プロセスにおいては、対象結晶の元素数が少ないほど微細コントロールが可能であり、元素数が一つでも増えると高品質 結晶の成長は難しくなります。 最近、新しい非線形光学結晶が開発されていますが、４元素・５元素から構成される結晶がほと んどであるがため基本的に高品質の結晶成長が難しく、実用上の普及は一部に限られています。 ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＢiＢＯ結晶は ３元素の結晶ですので本質的に高品質であり、産業界にも広く使用されてれるようになりました。 ＢＢＯ、ＬＢＯ結晶より古く から普及しているＫＴＰ結晶は４元素結晶であるため いまだに、ＢＢＯ、ＬＢＯ結晶等より品質のバラツキが比較的に大きい。 以上のことがらに加えて、重要なことは 結晶およびそのコーティングの損傷閾値が高いことです。 この点 に関しては、ここでは詳しく書いてありませんので、個々にお問い合わせ下さい。
非線形光学結晶の詳細を理解するための物理・ 光学のパラメーターについては、以下をクリックしてください。
ＬＢＯ結晶におけるＳＨＧ・ＴＨＧ（Ｎｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４レーザー １０６４ｎｍ） ＢＢＯ結晶におけるＳＨＧ・ＴＨＧ（Ｔｉ：Ｓａｐ．レーザー ８００ｎｍ） ・ＯＰＯ 他
周波数変換
第二高調波発生（和周波発生の特別なケース）、和周波発生（ＳＦＧ）、差周波発生（ＤＦＧ）および光パラメントリック発振（ＯＰＧ）を含む周波数変換のプロセスは以下の式で導かれます。
和周波発生（ＳＦＧ）ミキサー ω１＋ω２＝ω３ （または1/λ１＋1/λ２＝1/λ３：波長）２つの低エネルギー（低周波数）フォトンが高エネルギーフォトン１つに結合されます。 例えば、 １０６４ｎｍ＋５３２ｎｍ→３５５ｎｍ 和周波発生（ＳＦＧ） 周波数逓倍（ＳＨＧ）ダブラー 周波数逓倍 または第二高調波発生（ＳＨＧ）は、２つの入力波長が同じである場合、２ω１＝ω２ （λ１＝２λ２：波長）における和周波発生の特殊なケースです。 最も単純な第二高調波発生の構成は外部共振器（エクストラキャビティ）での第二高調波発生です。レーザは、図で示されるように、ただ１度のみ非線形結晶を通過します。しかし、例えば、連続発振のＮｄ：ＹＡＧレーザやアルゴンイオンレーザの第二高調波発生のように、レーザのパワー密度が低い場合、結晶内でのパワー密度を上げるために、通常、フォーカスされたビーム、共振器内（イントラキャビティ）周波数逓倍法や外部共振器が使われます。もし、どのような構成にするかで何か疑問があれば、その解決法については弊社にご連絡をください。
エクストラキャビティ フォーカスされたビームと 第二高調波発生（ＳＨＧ） 第二高調波発生（ＳＨＧ）
イントラキャビティＳＨＧ 外部共振器ＳＨＧ
三逓倍（第三高調波発生 ＴＨＧ）トリプラー
三逓倍または第三高調波発生（ＴＨＧ）は和周波発生の例です。例えば、ネオジウム・ヤグレーザの第三高調波発生ではω１＝１０６４ｎｍ、ω２＝５３２ｎｍで、発生する波長はω３＝３５５ｎｍです。ＢＢＯ結晶で基本波とチタン・サファイアレーザの第三高調波（ＴＨＧ）の和周波をとることによって、最短で１９３ｎｍまでの短波長を発生させることができます。
差周波発生（ＤＦＧ） ω１-ω２＝ω３（または1/λ１-1/λ２＝/λ３：波長）２つの 高エネルギー（高周波数）フォトンが低エネルギーフォトン１つに結合されます。 例えば、 ５３２ｎｍ−８１０ｎｍ→１５５０ｎｍ
差周波発生（ＤＦＧ） 光パラメトリック発振（ＯＰＧ）
結晶を傾け（角度チューニング）
することにより、異なった波長の信号波とアイドラー波 を連続的に発生させることができます。 それ故に、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、広い帯域で波長可変なコヒーレント光を発生可能な優れた 光源です。ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＴＰ、およびＰＰＫＴＰは光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）や光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）への応用に適した結晶です。
位相整合 光パラメントリック発振器（ＯＰＯ） 高い変換効率を得るために、入力ビームと発生ビームの位相ベクトルが一致していなければなりま
Δｋ＝ｋ3−ｋ2−ｋ1＝２πｎ３/λ３−２πｎ２/λ２−２πｎ１/λ１＝０（和周波発生の場合）
ここで、Δｋは位相不整合、ｋｉは波長λｉでの位相ベクトル、ｎｉは波長λｉでの屈折率です。低パワーの場合、変換効率と位相不整合との間の関係は、次の式で表わされます。
η∝(sin(ΔｋL)/ΔｋL)2 （右図参照）
これからも分るように、Δｋが増えれば、変換効率は急激に低下します。 変換効率対Δｋ
位相整合には、角度チューニング、温度チューニングあるいはその他の方法があります。角度チューニングは左図に示すような位相整合を角度で得る方法として最もよく使用されます。 光学軸とビーム伝播方向のなす角度（θ）が９０°あるいは０°でない場合は、微調位相整合 (CPM:Critical Phase Matching) といいます。 ９０度非微調位相整合(*ＮCPM： Ｎｏｎ−Critical Phase Ｍａｔｃｈｉｎｇ)では θ＝９０°で、０度非微調位相整合では、θ＝９０°です。 *ＮＣＰＭ：緩やかな位相整合 微調位相整合(CPM）
レーザの偏光方向によって、位相整合は２つに分類されます。もし、２つの入力ビーム（和周波の場合）の偏光方向がお互いに平行の場合、タイプＩ・位相整合と呼ばれます。偏光方向がお互いに直角の場合は、タイプII・位相整合と呼ばれます。 タイプII・位相整合に基本波レーザービームを入射するときは、ビームの偏波面を４５°に傾けて、偏波面ベクトルの垂直成分と水平成分をそれぞれλ１と/λ２とします。
タイプ-Ｉ・位相整合 タイプーII・位相整合
変換効率
あるレーザーに対して、周波数変換用として非線形結晶をどのようにえらぶか？ 最も重要なことは高い変換効率を得ることです。 変換効率は、非線形係数（ｄｅｆｆ）、結晶長（Ｌ）、入力パワー（Ｐ）、位相不整合（Δｋ）と以下の関係があります。 η∝(ｄｅｆｆ-sin(ΔｋL)/ΔｋL)2
一般に、パワー密度が高ければ高いほど、結晶長が長ければ長いほど、非線形係数が大きければ大きいほど、位相整合が精確であればあるほど、変換効率は高くなります。 しかしながら、非線形結晶とレーザーには常にある種の制限があります。 例えば、ｄｅｆf は非線形結晶自身によって決まっているもので、入力パワーは結晶およびそのコーテイングのダメージしきい値より低く抑えねばなりません。 それ故に、適切な結晶を選ぶことが重要となります。 次の表に適切な結晶を選択するために、レーザーと結晶パラメーターを示します。
結晶の許容角 (Beam Accepatnce Angle) もしレーザー光が、位相整合角に対して少しズレた 角度（Δθ）で入射した ビームの変換効率は極度に低 の方向とした場合、許容角Δθ を半値全幅(FWHM)で定義します。 例えば、１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレー ザーの第二 高調波発生用・タイプ-I ＢＢＯ結晶の許容角は、１ｍｒａｄ−ｃｍです。 従って、ＹＡＧレーザーのビーム広り角（あるいは絞り角）が３ｍｒａｄ−ｃｍ の場合、ビームの中心１ｍｒａｄ−ｃｍは変換しますが、あとは無駄（ロス）と なります。 この場合は、約８ｍｒａｄ−ｃｍの許容角を持つタイプ-I・微調位相整合の ＬＢＯ結晶が適しています。 タイプ-I・非微調位相整合のＬＢＯ結晶はさらに許容角は大きく、５２ｍｒａｄ−ｃｍ1/2となります。 さらに、結晶のスペクトル許容幅（Δλ）とレーザーのスペクトル幅、および結晶の位相整合の許容温度幅（ΔＴ）と結晶廻りの環境温度について考慮しなければな りません。 ビーム許容角（ＦＷＨＭ）
ウオークオフ角
非線形結晶の複屈折性により、異常光線（ｎｅ）には、図に示すようなポインテイング・ベクトルのウオークオフがあります。 入力レーザーのビーム径が小さい場合、発生する高調波ビームと入力ビームは、結晶の中でウオークオフ角（ρ）で分れ、変換効率の低さの原因となります。 従って、集光されたビームや共振器内（イントラキャビテイ）高調波発生では、ウオークオフが変換効率を抑制する要因となります。 ウオークオフ角（ρ） 群速度不整合 フェムト秒（ｆｓ）のパルス幅のＴｉ：サファイアレーザーや色素レーザーのような超高速パルスレーザーの非線形プロセスでは、変換効率を主に制限する要因は群速度不整合（ＧＶＭ： Group Velocity Mismatching)または非線形結晶の群速度分散によって引き起こされるパルスのダラケです。 パルスのダラケを小さく抑えて効率的な波長変換を実現するには、パルス幅をＧＶＭ値で割った数値より短い結晶の長さ（LGVM）を推奨します。 例えば、Ｔｉ：サファイアレーザー８００ｎｍの第二高調波発生では、ＢＢＯ結晶の群速度の逆数（１／ＶＧ）は、それぞれ８００ｎｍで１／ＶＧ＝５６．０９ｐｓ／ｃｍ,４００ｎｍで１／ＶＧ＝５８．０１ｐｓ／ｃｍ,１／ＶＧ＝１．９２ｐｓ／ｃｍです。すなわち、１ｍｍ長のＢＢＯ結晶では、２つの波長でパルス間を１９２ｆｓ分離させます。それゆえ、パルス幅を極端に広げないで高変換効率を得るために、１００ｆｓのＴｉ：サファイヤレーザでは、９６ｆｓの分離を持つ０．５ｍｍ長のＢＢＯ結晶が推奨されています。 ５ｆｓまでの短パルスレーザアプリケーション用として、薄さ０．０２ｍｍ（２０μｍ）のＢＢＯ結晶を提供できます。
非線形結晶デバイスの扱い方
結晶をきれいにしておく 弊社から結晶を受け取られましたら、内部のプラスチックケースを、クリーンな環境下で開けることができるのは、責任者のみに限定してください。 非線形結晶のプラスチックケースを開けるときは、結晶の研磨面またはコーティング面に指紋やオイル、その他汚染物質が付着しないようご注意ください。 もし、表面が汚れていたら、エアーブラシで表面をきれいにして下さい。 それでも結晶面に汚れがあるのなら、洗浄液と柔らかい絹の布で拭いてください。 ＢＢＯ結晶の場合、高純度アルコールと高純度エー テルとの混合液(５０％・５０％）を洗浄液として推奨します。 汚れた面のままだと傷を受けやすいということに注意して下さい。
非線形結晶の中には、潮解性をわずかながら持つものがありますので、湿度の低い環境でお使いになるようお願いします。 研磨面が曇ったり損傷を受けた場合、再研磨または再コーティングについてお問い合わせください。
適切な結晶デバイスのご注文方法 非線形結晶の基本定義と図による解説（ＢＩＢＯ結晶の場合）
ご注文の方法 １. 結晶の種類をご指定 ２. タイプIまたはタイプ?U、プロセスと波長値、または θ および φ角度 ３. サイズ ＷＸＨＸＬｍｍ３ ４. 入出射面の処理、研磨またはコーテイング（その仕様） ５. ホルダーの有無 ６. ご要求の個数
以上をお知らせいただければ、見積書を差し上げます。また、ご相談、および必要な資料も提供出来ます。 角度調節（マークの面の軸を微調回転） 結晶厚み３ｍｍ以上のホルダー 結晶厚み３ｍｍ以下のホルダー
角度チューニング
最大変換効率を得るために、通常、角度を傾けて位相整合を取る方法が用いられます。 右図に示すように、結晶角を傾けるには２つの軸があります。 通常、結晶の
非線形感受面でカットされているので、変換効率はｎ軸回りの角度チューニングに敏感ではありません。 しかし、結晶の納品時にマーク（●）を付けた面に直角で非線形結晶の回転軸と呼ばれるｍ軸回りの角度チューニングには非常に敏感です。 したがって、ｍ軸回りに微調回転させて、位相整合をとります。 結晶の取り付け角度は５アーク秒以内が望まれます。 マーク（●）と結晶軸とカット角の関係の詳細はここをクリックしてください。
結晶サイズとカット 非線形結晶を発注するとき、結晶軸方向（あるいは結晶のカット角）とサイズを決めなければなりません。 結晶軸方向は、もっぱら非線形光学プロセス（ＳＨＧ，ＴＨＧ，ＳＦＧ，ＯＰＯ．．．）とそれに関わる波長によって決定されます。 例えば、１０６４ｎｍのタイプ-I の第二高調波発生の場合は、θ＝２２．８°φ＝０°でカットされます。 ここで、θ は結晶の光学軸とレーザー伝播軸のなす角度で、φ-は θ-の面（非線形感 受面）とＸＹ面との交点（線）とX軸とのなす角度。 右図においては、φ＝０°なので、θ-の面（非線形感 受面）はZX面と同一となります。 もし非線形光学プロセスや結晶軸等がお分かりにならない場合は、弊社にお問い合わせ下さい。 お求めの非線形光学プロセスと結晶軸・波長等の関係を数値パラメーターやイラストを書いて、説明致します。 θ角と、φ角の覚えやすい方法は、θはZX面上で、Z軸からX軸に向かう角度で、φはXY面上でX軸からY軸に向かう角度、として下さい。 結晶と座標
結晶サイズは、一般にＷＸＨＸＬｍｍ３で規定され、幅（Ｗ）、高さ（Ｈ）、 長さ（Ｌ）です。 結晶の価格が結晶サイズで大きく変わるので、サイズは慎重に決定することが重要です。 さらに重要なことは、変換効率が結晶長に直接関係することです。 最適な結晶の高さ（Ｈ）を選ぶには、結晶を通過するレーザーのビーム径を考慮しなければなりません。 結晶がレーザービーム径よりわずかに大きい（例えば、ビーム径が２ｍｍなら高さは３ｍｍ）ことが必要です。
最適な結晶の幅（Ｗ）を設計するときは、レーザービーム径と波長可変域の両方を考慮しなくてはなりません。 例えば、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４レーザーの第二高調波発生プロセスのような単波長の波長変換の場合は、Ｗ＝Ｈを選びます。 ＢＢＯ結晶を使用して、色素レーザーの第二高調波発生プロセスような、４４０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長チューニング幅の広い場合は、θ＝３６°から θ＝６６．６°まで角度チューニングをしなければなりません。 この場合、結晶の幅（Ｗ）は、 結晶のサイズ
Ｈ＋２ｘｔａｎ（（６６．６°−３６°）/２）ｘＬ、です。 高さ（Ｈ）：４ｍｍ、 長さ（Ｌ）：７ｍｍならば、幅（Ｗ）は約８ｍｍ となります。
ナノ秒パルスの周波数逓倍で、ＢＢＯ結晶ですと非線形光学定数大きいが、ウオークオフ角も大きいので、結晶長は８ｍｍ程度以下が望ましく、反対にＬＢＯ結晶のように非線形光学定数小さいが、ウオークオフ角も小さい場合は、結晶長は１２ｍｍ程度以上が望ましいです。 超短パルスの波長変換ですと、前にも述べたとおり、ＧＶＭ値に関連して結晶長（数十μｍから１ｍｍ程度まで）は決まります。 光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）や光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）用ですと、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＴＰ結晶とも長さ＞１２ｍｍの結晶が一般的に使用されます。 結晶サイズについて判断に迷う場合は、遠慮なくお問い合わせ下さい。
非線形結晶のブリュウスターカット レーザービ−ムが空気中から屈折率ｎの非線形結晶に入射した場合、ブリュウスター角は θB＝ａｒｃｔａｎ（ｎ）で定義されます。 ブリュウスター角では、光の伝播方向で規定される面、および表面に直角な面で偏光した光の表面反射はゼロです。 表面反射を低く抑えるために、ブリュウスター角にカット（Ｂカット）された非線形結晶を提供致します。 特別なご指定がなければ、図のものを標準とします。 標準のカットと異なる場合は、ご希望のカットの図面をご提供下さい。
特別な非線形結晶の選択 (含む結晶デバイス）
株式会社ダウでは通常の結晶品質（市販品）より格段に優れている特別な非線形結晶を提供出来ます。 波長変換において、品質の良い出力 を得るには不可欠です−−ここで勝負が決ります−−。 資料・データ・各種非線形結晶 ←Click
特別なレーザ結晶
ＢＢＯ，ＬＢＯ，ＫＴＰ結晶で、高品質が保証された大型サイズの非線形結晶を提供できます。 例えば、ＬＢＯで最長６０ｍｍのＮＣＰＭ結晶、 ＢＢＯでアパチャーサイズで最大４０ｘ４０ｍｍ、ＫＴＰで単一セクタ結晶で最長５０ｍｍのもの、等。 大きい非線形結晶については、個々にご相談下さい。
中赤外用・非線形光学結晶 ←Click （このページにはありません)
特性比較 下記の超低ロスのLBO・BBO結晶はロシア製です。 BBOの解説（クリック ）→BBO
*1000 ppm/cm = 0.1%/cm
ＢＩＢＯ結晶 (BiB3O6) 高出力CW RGBレーザには最適
ＢｉＢＯ結晶は機能デバイス化されたものを販売いたします。
ＢＩＢＯ結晶におけるSＨＧ・ＴＨＧ・ＯＰＯパラメーター 品質改良が急速に進み、最大２０ｘ２０ｘ４０ｍｍ結晶可。 １０６４ｎｍの４倍高調波の変換は出来ません。 ビスマス・トリボレート  ＢＩＢＯ結晶は、ＢＢＯ・ＬＢＯに続く第３のボレート系非線形光学結晶です。 その特長は； ● 高い均質性 (dn≫10-6/cm) とインクルージョン・フリー ● 大きい有効非線形係数（ＢＢＯの約２倍） ● 高いダメージしきい値 ● 広い温度許容幅 ● 潮解性なし ● 透過域（２８６ｎｍ−２５００ｎｍ）
ＫＴＰ結晶が１μｍ以下（緑色発生まで可）の波長の２倍高調波が不可能であるのに対して、ＢＩＢＯ結晶は青色・ＵＶ光まで の２倍高調波が（１０６４ｎｍの３倍高調波も可）可能です。 本質的に結晶品質はＫＴＰ結晶より優れ、有効非線形係数も 大きいと言えます。 Ｃｒｙｓｔｅｃｈ社は２００４年に米国より特許ライセンスを取得しました。
応用は； ◆ フェムト秒レーザのＳＨＧ・ＯＰＯ ◆ 中高出力Ｎｄレーザ（１０６４ｎｍ）のＳＨＧ・ＴＨＧ ◆ 中高出力Ｎｄレーザ（１３４２ｎｍ・１３４０ｎｍ・１３１９ｎｍ）のＳＨＧ（赤色）・ＴＨＧ（ブルー） ◆ ９１２ｎｍ・９１４ｎｍ・９４６ｎｍ等のＳＨＧ（ブルー光） ◆ 低価格・汎用のR・G・B三色の固体レーザー ◆ SLM・シングル縦モード半導体レーザーの直接SHG （R・G・B三色） ◆ ＯＰＯ・ＯＰＡ Structural and
Physical Properties
Optical
properties
ブルー光発生の場合 Nonlinear
Optical Properties Compare (SHG@946nm)
BIBO’s
Specifications
Transmitting
wavefront distortion: less than
l/8
@ 633nm
Dimension
tolerance: (W
±
0.1mm) x (H
±
0.1mm) x (L + 0.2mm/-0.1mm) Flatness: l/8 @ 633nm
Scratch/Dig
code: 10/5 to MIL-O-13830A
Parallelism: better than 20 arc seconds
Perpendicularity: 5 arc minutes
Angle
tolerance:
Dq
< ±
0.3°,
Df
< ±0.3° Quality Warranty
Period: one year under proper use
ＢＢＯ結晶(β-ＢａＢ２Ｏ４） ＣＺ法・フラックス法成長
ＢＢＯ結晶は機能デバイス化されたものを販売いたします。
CZ法成長のBBO結晶で、従来品より吸収が二桁も低いものが出てきており、提供できます。直接お問合わせ下さい。 BBO結晶はLBO結晶と比べて、より強力でより耐久性のあるコーティング（特にUVコーティング）が可能ですので、UV ３５５ｎｍレーザーの設計に当たっては、LBO結晶よりはBBO結晶の方がより有利となるかも知れません。 市販のLBO 結晶より品質（低吸収）が優れたBBO結晶が出現してきたので、BBO結晶を使用した３５５ｎｍレーザーが現実的です。 ２６６ｎｍ・２１３ｎｍレーザーではもちろんBBO結晶が有利で、低反射率・高耐力のコーティングが提供できます。
ＢＢＯ結晶の特長： ・４０９．６ｎｍから３５００ｎｍまでの直接ＳＨＧ可。 ・大きな有効非線形第二高調波発生（ＳＨＧ）係数。 ・５５℃の広い温度許容幅。 ・コート付だと空気中で使用可能な唯一のＤｅｅｐ−ＵＶ発生結晶。 ・三元素結晶であり高品質可（ＫＴＰ・ＣＬＢＯ等の四元素結晶は本質的に難）。
ＢＢＯ結晶の応用： ・Ｎｄレーザーの第２，３，４，５高調波発生。 ・フェムト秒レーザー（８００ｎｍ）の第２，３，４高調波発生。 ・光パラメトリック発振（ＯＰＯ）・光パラメトリック増幅（ＯＰＡ）。 他
基本特性 1. Structural and Physical Properties 2. Linear Optical Properties
3. Non-Linear Optical Properties
Nd：ＹＡＧ レーザーでの応用
ＢＢＯ結晶は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波発生、第三高調波発生および第四高調波発生に有効な結晶であり、０．２１３μｍの第五高調波発生を行える唯一の非線形結晶です。 ＳＨGで７０％以上、ＴＨＧで６０％、４ＨＧで５０％、２１３ｎｍ（５ＨＧ）で２００ｍＷ出力の変換効率がそれぞれ得られます。 ＢＢＯ結晶は、高効率で、ＡＲコーティング（またはＰコーティング）後は潮解性がなく、大きなサイズが入手可能なので、ほとんどのＮｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波発生に使われていたＫＤ*Ｐ結晶にとって替わります。 スペクトラ・フィジックス社のＤＣＲ−２Ｎｄ：ＹＡＧレーザでのＢＢＯおよび ＫＤ*Ｐ結晶の比較、およびＳＨＧから５ＨＧへの基本的非線菰光学特性について、それぞれ表１と表２に示します。
表１ ＢＢＯおよびＫＤ*Ｐ結晶を使った高調波発生
表２ タイプ１ＢＢＯ結晶の相対的非線形結晶特性
１９９０年代にＢＢＯ結晶はＤｅｅｐ−ＵＶレーザー用およびＯＰＯ発振用として急速に世界中に普及しました。 三元素結晶であり、本質的に高品質な結晶が安定的に得られ、コートさえしっかりしておれば長期にわたり空気中にて使用できます。 難点は、表２にあるように、ビーム許容核が小さく、ウオークオフ角が大きいことです。 これらを克服するため、結晶のみでなく光学系の設計において様々な工夫があり、高い変換効率を実現しています。 １. ビーム許容角の小さいのは一方向のみで、例えばタイプ-I−ＳＨＧ＠５３２ｎｍですと、θ方向は０.3mrad-cmですが、 φ方向の許容角は桁違いに大きい。 結晶の入り口と出口にシリンドリカルレンズを使用し、スポットビームをφ方向に広げ帯状にして結晶に入力し、出口側でスポットに戻す方法があります。 この方法だと、エネルギー密度を相対的に低くでき、高い変換効率と結晶寿命を桁違いに永くできます。 ２. ウオークオフ角を補正する方法として、同一仕様のＢＢＯ結晶を２つ使用し、第一の結晶で一方向にウオークオフでズレた高調波ビームを、逆方向に配置した第二の結晶で元に戻して、高効率を得る方法があります。 ３. UniwaveのSheng Wuらは、ＢＢＯ結晶使用して、熱誘起位相不整合の効果的対策を講じ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第四高調波で６Ｗを安定的に発生させ、さらに最大２０Ｗを視野に入れております。 詳細については、弊社にお問い合わせ下さい。
ＯＰＯおよびＯＰＡ →詳細データ
１９９０年の中期に、１０〜２５ｍｍの長さのＢＢＯ結晶でも常時高品質な結晶ブールの成長に成功しました。 それ以降、欧米のレーザーメーカーより次々光パラメトリックとＯＰＯ発振装置の発売がなされ、
Ｔｙｐｅ−Ｉ ＢＢＯ−ＯＰＯの特性 Ｔｙｐｅ−ＩＩ ＢＢＯ−ＯＰＯの特性
光パラメトリックＯＰＯ発振器では、共振器ミラーを使用するため、線幅を狭くすることが困難な上、縮退領域は避けられません。 そこで、共振器ミラーを取り除いた光パラメトリック発生・増幅器（ＯＰＧ・ＯＰＡ）において、線幅＜０．０１ｃｍ−１が実現しております。 ただし、ＯＰＯ発振器・ＯＰＧ・ＯＰＡ装置どちらでも、励起レーザーの持つ線幅より狭くすることは出来ません。
ＯＰＯおよびＯＰＡ についての詳細な解説・データは別に用意してありますので、お問い合わせ下さい。
ＢＢＯ結晶の標準的サイズ
推奨する結晶サイズとカット角です。 サイズについては、’ご参考’程度の情報としてお受け取り下さい。 表示の角度は θ で、 φ はタイプ-I では０°、タイプ-II では３０°です。 1. Harmonic generations of Nd:YAG lasers 2. OPO and OPA pumped by harmonics of Nd:YAG lasers
3. Frequency-doubling of Dye lasers
超短パルスレーザー用薄膜ＢＢＯ結晶デバイス・ＢＩＢＯ結晶デバイス
結晶は機能デバイス化されたものを販売いたします。
超短パルスレーザーの高調波発生 ＢＩＢＯ結晶はボレート系非線形結晶の中で唯一、潮解性がない。 弱潮解性：ＢＢＯ・ＬＢＯ 強潮解性：ＣＬＢＯ・ＣＢＯ
大きな問題点は、群速度不整合（ＧＶＭ：Group Velocity Mismatch） または群速度分散による、フェムト秒パルスのダラケです。 これを抑制し、効率的な波長変換を実現するには、結晶の厚み（ＬＧＶＭ）を「パルス幅/ＧＶＭ」以下にすることです。 ０．０ ０５ｍｍ（５μｍ）までの厚みのＢＢＯ結晶とＢiＢＯ結晶を提供でき、０．１ｍｍ以下の厚みの結晶は、補強のため溶融石英板に貼り付け ます。 右表表はGVM (Group Velocity Mismatch) 値と10フェムト秒における最適結晶の厚みLGVM （μｍ）を示します。 １００フェムト秒の場合はこれの１０倍です。 厚さ数μｍの結晶が提供できます が、厚み計測能力は＋／−２μｍです。 ７００ｎｍ〜８００ｎｍ付近のＳＨＧプロセスについては、ＢｉＢＯ結晶は波長許容幅が狭いので、１００フェムト秒以下のSHGには不適です。
BBO結晶の価格表 （ＢｉＢＯ結晶の価格についてはお問合わせ下さい。ＢＢＯより安価です。）
SHG
★有効径は、3.5mm(4x4mm) 5mm(6x6mm) 7mm(8x8mm) 9mm(10x10mm) ★ 全ての結晶は、１インチ径の金属マウントに装着されます。 ★ 輸送の際の保護のため、金属マウントと接着剤で固められます。 ★ BBO結晶には広帯域Ｐコートが、BIBO結晶ＡＲコートが着きます。 ★ 全ての結晶には、検査成績表が付きます。 ★ ０．１ｍｍ未満の厚みの結晶は、補強のため溶融石英板に貼り付けます。 これ以外のサイズ・厚み・コート仕様の結晶も提供いたします。
★ 他の波長変換プロセスでも （カット角が違っても） 結晶サイズが同じ ならば価格も左表と同じです。
★ ≧100fsの波長変換プロセスですと、ＢＩＢＯ結晶 （Deff: BBOの1.5-2倍・ 潮解性なし）が有利です。
★ PPKTP を使用した Ultra-Fast高調波発生・OPG/OPA
結晶用マウント・ホルダー 結晶長＜３ｍｍ
ＢＢＯ結晶の仕様
保証値は下表のとおりです。
右：Ｐコーテ イング
右下：ＡＲコーテ
イング
コーテイング Crystech社 コーティング設備 コーティングのデータ
Ｐコーテイング（保護コート） ＢＢＯ結晶の研磨面は、弱潮解性であるため、長期間にわたり湿度の高い環境下においておくと、表面が白く濁ってきます。 湿度対策のコーテイングとして、単層膜のＰコーテイング（保護コート）を開発し、すでに広範囲で使用されています。 特長は、 ・長期間の耐久性：９５％湿度で＞６ヶ月 ・高ダメージしきい値：７ＧＷ/ｃｍ２ ３０ｐｓ，＠１０６４ｎｍ ・特に、Deep-UV出射面においては、多層膜であるＡＲコーティングは脆弱であり、お勧めできません ・ご要求があれば、１つの波長でＲ＜０．６％が可能です。
ＡＲコーテイング １０６４ｎｍと５３２ｎｍでＢＢＯ結晶に単一帯域および二重帯域の無反射コーティング（ＡＲコーティング）を供給しています。 ＡＲコーティングは、低反射率（１０６４ｎｍで０．２％以下、５３２ｎｍで０．４％以下）、高い損傷しきい値（繰り返し周波数が１０Ｈｚのとき、３０ｐｓのパルス幅で７ＧＷ/ｃｍ2 以上、１０ｎｓのパルス幅で１ＧＷ/ｃｍ2 以上）、耐湿度および長寿命です。 Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＬＦレーザの第４高調波用として、５３２ｎｍでＲ＜０．２％、２６６ｎｍでＲ＜０．４％の高い損傷しきい値のＡＲコーティングが近年開発されました。ご要求によって、他の波長でのＡＲコーティングが可能です。
備考
１． コートなしＢＢＯ結晶の利用および保存には乾燥した状態で行なうこと。 ２． ＢＢＯは柔らかいので、研磨面の保護には注意を必要とする。 ３． 角度調整をする場合、ビーム入射許容角が小さいということに注意を要する。 ４． 使用する基本波レーザの仕様をお知らせいただければ、弊社のエンジニアが最適のデザインと結晶を選択して差し上げます。 例えば、レーザのビーム径、モード状態、ビーム拡り角、波長可変範囲など、それに、パルスレーザの場合にはパルスエネルギー、パルス幅、繰り返し周波数など、ＣＷレーザの場合にはパワーです。
ＬＢＯ結晶、は特許を保有する福建物質結構研究所が Fujian CASTECH Crystals社のみに特許ライセンスを与えてお りおりましたが、２００８年５月には特許が満了し、より品質が優れたLBO結晶が自由に手に入る時代となります。
---詳細は個別にお問合わせ（下記）下さい---
ＬＢＯ結晶は三元素結晶であり、その結晶構造上から高品質な結晶が成長し易く、同じ三元素結晶であるＢＢＯ結晶よりは品質のバラツキが小さい。 ましてや、四・五元素の非線形結晶と品質を同列に比較できるものではありません。 ＬＢＯ結晶は結晶自身の品質が優れているばかりではなく、高耐光性コーテイングが可能であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの１００Ｗクラスの第二高調波発生用結晶として、またＯＥＭ供給をサポートするため、大量生産ラインが常時稼動し、高品質なＬＢＯ結晶ブールを、常時、数百個を在庫しています。
ＬＢＯ結晶の特長： ・１６０ｎｍ〜２．６μｍの広い帯域透過性(ＳＨＧは５５０ｎｍまで） →詳細データ ・広波長域のタイプ-I タイプ-II の非微調（緩やかな）位相整合（ＮＣＰＭ） ・高いダメージしきい値（１８．９ＧＷ/ｃｍ２ １．３ｎｓ，＠１０５４ｎｍ） ・大きなビーム許容角と小さなウオークオフ角 ・高品質・均一性（Δｎ〜１０ー６/ｃｍ） ・高いダメージしきい値の ＩＢＳ (Ion Beam Sputtering) 法ＡＲコーテイング （Ｎｄレーザーの高調波発生用）
ＬＢＯ結晶の応用： ・高出力Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第二・第三高調波発生 ・ブルーレーザー発生 ・＜２００ｎｍ発生用ＳＦＧ結晶
第二高調波発生用ＬＢＯ結晶（４種類あります）： ・室温・角度による微調位相整合（ＣＰＭ： Critical Phase Matching）タイプ-I タイプ-II の二種類 ・温度制御による非微調（緩やかな）位相整合（ＮＣＰＭ： Ｎｏｎ−Critical Phase Matching） タイプ-I タイプ-II の二種類（タイプ-Iはほとんど使用されない）
基本特性 1. Chemical and Physical Properties
ＬＢＯ結晶の非線形係数は、 ｄ３１＝１.０５±０.０９ｐｍ/Ｖ； ｄ３２＝−０.９８±０.０９ｐｍ/Ｖ； ｄ３３＝０.０５±０.００６ｐｍ/Ｖ 温度許容幅はＢＢＯ結晶より小さく、
ＳＨＧ １，０６４＋１０６４ｎｍ→５３２ｎｍ ΔＴ＝５.８℃/ｃｍ ＦＨＧ １，０６４＋３５５ｎｍ→２６６ｎｍ ΔＴ＝３.８℃/ｃｍ
2. Linear
Optical Properties
ＬＢＯ結晶のダメージしきい値は、非線形結晶の中で最も高く、ハイパワーレーザーの高調波発生には、最も有利です。 次の表は、Ｎｄ：ＹＬＦレーザー１０５３ｎｍパルス（１．３ｎｓ）における、ＬＢＯ結晶と他の結晶とのダメージしきい値の比較です。
高調波発生（室温・角度による微調位相整合）
ＬＢＯ結晶は、タイプ-I・タイプ-IIのいずれかを使えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４の第二・第三高調波発生が可能です。 タイプ-Iでは５５１ｎｍから約３μｍまでのSHG位相整合ができます。 第二高調波発生において、結晶のビーム受容角は、タイプ-I で８ｍｒａｄ・ｃｍ、タイプ-IIで１８ｍｒａｄ・ｃｍとなります。 第三高調波発生の場合は通常はタイプ-IIで和周波発生プロセスを使用します。 ω（１/１０６４ｎｍ）＋２ω（１/５３２ｎｍ）＝３ω（１/３５５ｎｍ） 結晶のビーム受容角は、約６ｍｒａｄ・ｃｍです。 ＬＢＯ結晶のＳＨＧプロセスでは５５１ｎｍ以下は不可能ですが、和周波発生プロセスでは可能です。 ＬＢＯ結晶を使用した、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第四高調波発生は、ω（１/１０６４ｎｍ）＋３ω（１/３５５ｎｍ）＝４ω（１/２６６ｎｍ）となります。 ＬＢＯ結晶を使用し、和周波発生プロセスで２００ｎｍ以下の高調波発生が可能です。 他に、ＬＢＯ結晶は、Ｔｉ：サファイアレーザーの第二高調波発生用の結晶として、使用されることがあります。
タイプ-I ＳＨＧ チューニング曲線 タイプ-II ＳＨＧ チューニング曲線 ＳＨＧ変換効率（LBO vs. KTP)
タイプ-I ＳＨＧ チューニング曲線において、大部分はXY面（θ＝９０°角度φ は左から右に０°→９０°）で、１．３μｍ付近ではXZ面（φ＝０°）で位相整合します。 タイプ-II ＳＨＧ チューニング曲線において、大部分はXY面（φ＝９０°角度θ は左から右に０°→９０°）で、１．３μｍ付近ではXZ面（φ＝０°）で位相整合します。 ＳＨＧ変換効率（LBO vs. KTP)曲線において、ＫＴＰ結晶（赤線）は０．４ＧＷｃｍ２（横軸）以下でダメージが生じ、変換効率は両結晶とも７０％以上を示しています。
ＮＣＰＭ（温度による非微調（緩やかな）位相整合）
ＬＢＯ結晶の非微調（緩やかな）位相整合（ＮＣＰＭ: Non-Critical Phase Matching)は、ウオークオフがないこと、
広いビーム許容角であること、最大の有効非線形係数であること、で特徴づけられます。 特に、Ｎｄ：ＹＡＧレー ザーで、ビーム品質があまり良くない場合、ＮＣＰＭ-ＬＢＯ結晶を使うと有効です。 ただし、ＮＣＰＭは第二 高調波発生においてのみ、使えます。
タイプ-I ＳＨＧのＮＣＰＭ-ＬＢＯ結晶は、θ＝９０°φ＝０° タイプ-II ＳＨＧのＮＣＰＭ-ＬＢＯ結晶は、θ＝０° φ＝０° が位相整合角となります。 タイプ-I (青線）を見ると、１．０６μｍでは、位相整合温度は、１４８℃です。 タイプ-II （赤線）では、１．３μｍ付近は室温で位相整合します。
ＮＣＰＭ-ＬＢＯ結晶の位相整合温度VS波長
ＯＰＯとＯＰＡ
ＬＢＯ結晶は、広い波長可変域用の非線形結晶として、また高出力ＯＰＯおよびＯＰＡ用として優れた非線形結晶です。 Ｎｄ：ＹＡＧレーザのＳＨＧおよびＴＨＧ、エキシマレーザの波長３０８ｎｍで励起したタイプ?Tおよびタイプ?UのＯＰＯおよびＯＰＡが報告されています。 右図は、室温においてタイプ?TＬＢＯ結晶をＮＤ：ＹＡＧレーザのＳＨＧ、ＴＨＧおよび４ＨＧでＸＹ面を励起した場合のＯＰＯチューニング曲線の計算値です。 下図は、タイプ?TＬＢＯ結晶をＮｄ：ＹＡＧレーザのＳＨＧおよびＴＨＧでＹＺ面およびＸＺ面を励起した場合のＯＰＯチューニング曲線の計算値です。 ＯＰＯおよびＯＰＡ用非線形結晶は、大きい結晶が要求されるわけですが、ＬＢＯ結晶はＢＢＯ結晶と比較して大きな結晶が難しく高価であるため、使用されることはほとんどありません。
ハイパワーＮｄ：ＹＡＧレーザー用の第二・第三高調波発生用のＬＢＯ結晶のＡＲコーテイングには、 米国 Veeco製のイオン・ ビーム・スパッタリング法（ＩBS： Ｉｏｎ Beam Sputtering）蒸着装置を使用しています。 この高耐光性ＡＲコーテイング のバッチ当たりのコストがかなり高価ですので、ＬＢＯ結晶の受注個数をまとめて、コートしています。 従いまして、 １０６４ｎｍの高調波発生用のコーテイングのみ、このＩBS法で行い、他の波長のＡＲコーテイング仕様のものは、 通常のコート装置でおこないます。 通常のＡＲコーテイング仕様は、 Ｒ＜０．２％ ＠１０６４ｎｍ Ｒ＜０．５％ ＠５３２ｎｍ 二波長コートまたは Ｒ＜０．２％ ＠１０６４ｎｍ Ｒ＜０．５％ ＠５３２ｎｍ ＋Ｒ＜５％ ＠３５５ｎｍ 三波長コートです。
ＬＢＯ結晶の仕様
保証値は下表のとおりです。
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ωｐ＝ωｓ＋ωｉ（または1/λｐ＝1/λｓ＋1/λｉ：波長）１つの高エネルギー（高周波数）フォトンが低エネルギーフォトン２つに分割されます。
例えば、 ３５５ｎｍ→５３２ｎｍ＋１０６４ｎｍ 光パラメトリック発振（ＯＰＧ）は和周波発生の逆過程です。１つの高い周波数のフォトン（励起波長：λｐ）を２つの低い周波数のフォトン（信号波：λｓ、とアイドラー波：λｉ）に分割します。図のように、共振器を構成するように２つのミラーを加えれば、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）が構成されます。固定の励起波長に対して、
パラメントリック発振
せん。 すなわち、
光パラメトリックＯＰＯ発振用ＢＢＯ結晶は、タイプ-I とタイプ-II
とがあり、タイプ-I ＢＢＯ結晶を使用したＯＰＯ発振の特長は、・変換効率が高い、・低発振しきい値、・ビーム品質が良い、大きな結晶不要、等が挙げられ、タイプ-II
ＢＢＯ結晶の場合は、線幅が小さい、より広いＩＲ領域をカバーする、が特長となります。
従来品より桁違いに品質が優れたLBO結晶が出現しています。 コーティングも桁違いに優れています。
左写真のLBO結晶ブールのサイズは従来品の４倍の大きさ。 
