Title

ZnGeP2（磷化锗锌）晶体具有许多优良的性能，是中红外非线性晶体。ZnGeP2（ZGP）晶体的非线性敏感性约为KDP的160倍（d36〜75 pm / V）。ZGP在0.74–12 mm范围内具有良好的光学透明性，并且激光损伤阈值较高，因此非常适合用于产生近红外可调谐激光器。ZGP是用于SHG，SFG，OPO和OPG / OPA等中红外设备的非常有希望的材料。

物理和化学特性

属性	数值
化学式	ZnGeP2
晶体结构	四方晶系,`42m
晶格参数	a=b=5.467Å, c=12.736Å
质量密度	4.16 g/cm3
莫氏硬度	5.5
熔点	大约1040°C
导热系数	180 W/m/K
热膨胀系数	β‖,5×10-6/K; β⊥,7.8×10-6/K
双折射	正单轴

线性光学性质

属性	数值
透明范围	0.74 – 12 um
吸收系数	α<0.05cm-1 @2050-2100 nm
折光指数
@ 2.05微米	no = 3.1478, ne = 3.1891
@ 2.79微米	no = 3.1333, ne = 3.1744
@ 5.30微米	no = 3.1136, ne = 3.1547
@ 10.6微米	no = 3.0729, ne = 3.1143
Sellmeier方程（λinμm）	no2(λ) = 4.64467+5.10087/(λ2-0.13656)+4.27777λ2/(λ2-1653.89)
Sellmeier方程（λinμm）	ne2(λ) = 4.71539+5.26358/(λ2-0.14386)+2.37310λ2/(λ2-1000.82)

非线性光学性质

属性	数值
SHG相位匹配范围	3177 ∼ 10357nm (Type I)
NLO系数	d36=75 ± 8 pm/V
	Type Ⅰ deeo=d36 sin2θcos2φ
	Type Ⅱ doeo=deoo=d36 sinθsin2φ
损坏阈值
在2.79 um	30 GW/cm2 (150 ps)
在10.6 um	1 GW/cm2 (2 ns)

线性吸收系数

λ[µm]	α [cm-1]	Note
1.064	1.52
1.064	1.06	最佳晶体
1.9	0.8–0.95
2	0.15	o-波, 最佳晶体
2	0.16
2.05	0.35
	0.26	o-波
	0.23
	0.2	o-波, 退火后
	<0.1	最佳晶体
	0.09	最佳晶体
	0.02–0.04	经过退火和辐射处理
2.08	0.62	o-波，平均值
2.08	1.2	e-波, 平均值
2.15	0.6
	0.09–0.25	典型的晶体o-波
	0.03	最佳晶体, o-波
2.39	0.55
2.5	0.11	o-波，生长晶体
2.5–8	<0.1
2.5–8.3	<0.2
2.5–8.5	<0.1
2.73	0.03
2.75	0.3
2.79	0.06
2.8	0.01	最佳晶体, o-波
2.8–8.3	<0.1
3–8	0.005–0.15
	<0.1
	<0.01
3.15	0.17
3.5–3.9	0.41	o-波, SFG 方向
3.5	0.4
3.8	0.1–0.18
3.9–4.5	0.1
4–8.5	<0.05
4.5–8	0.03	最佳样品
4.65	0.4
	0.1–0.2
	0.01–0.05	SHG 方向
4.78	<0.055
4.78	0.16
5.3–6.1	0.32	e-波, SFG 方向
5.5–6.3	0.1
7.8	0.15
8.24	0.02
8.3	0.45
8.3–9.5	<0.3
9	0.9
9.2	0.51
9.28	0.4
9.3	0.8
	0.7	SHG 方向
	0.4–0.5
	0.48	e-波
9.5	0.39	e-波
9.55	0.26	SHG 方向
9.55	0.56
9.6	0.33
9.7	0.33	e-波
10	0.45
10.3	0.42
10.4	0.6
10.6	0.9
	0.83	e-波, SFG 方向
	0.65
10.7	0.88	e-波
11.1	1.2

折光指数的实验值

λ[µm]	no	ne	λ[µm]	no	ne
0.64	3.5052	3.5802	3.4	3.1263	3.1647
0.66	3.4756	3.5467	3.6	3.1257	3.1632
0.68	3.4477	3.516	3.8	3.1237	3.1616
0.7	3.4233	3.4885	4	3.1223	3.1608
0.75	3.373	3.4324	4.2	3.1209	3.1595
0.8	0.8	3.3915	4.5	3.1186	3.1561
0.85	3.3063	3.3593	4.7	3.1174	3.1549
0.9	3.283	3.3336	5	3.1149	3.1533
0.95	3.2638	3.3124	5.5	3.1131	3.1518
1	3.2478	3.2954	6	3.1101	3.148
1.1	3.2232	3.2688	6.5	3.1057	3.1445
1.2	3.2054	3.2493	7	3.104	3.142
1.3	3.1924	3.2346	7.5	3.0994	3.1378
1.4	3.182	3.2244	8	3.0961	3.135
1.6	3.1666	3.2077	8.5	3.0919	3.1311
1.8	3.1562	3.1965	9	3.088	3.1272
2	3.149	3.1889	9.5	3.0836	3.1231
2.2	3.1433	3.1829	3.1829	3.0788	3.1183
2.4	3.1388	3.178	10.5	3.0738	3.1137
2.6	3.1357	3.1745	11	3.0689	3.1087
3	3.1304	3.1693	12	3.0552	3.0949
3.2	3.1284	3.1671

相位匹配角的实验值（T = 293K）

SHG, e+e⇒o
3.9278⇒1.9639	57.8±0.3
4.34⇒2.17	55.8±0.2
4.64⇒2.32	47.5
4.775⇒2.3875	49.2
5.2955⇒2.64775	46.8
9.2⇒4.6	63.8
9.3054⇒4.6527	61.3/63/64
9.5⇒4.75	62.1/66.8
9.5524⇒4.7762	65.3
9.6036⇒4.8018	64.9/65.8
10.2⇒5.1	72
10.3035⇒5.15175	74.3/74.5
10.5514⇒5.2757	79.2
10.5910⇒5.2955	80.1
SFG, e+e ⇒ o
10.668+4.34⇒3.085	54.3±0.2
10.5910+5.2955⇒3.53033	52.1
10.5910+3.53033⇒2.64775	48.4
9.74+4.2039⇒2.9365	49.6
5.2955+3.53033⇒2.1182	51.7
SFG, o+e ⇒ o
6.74+5.2036⇒2.9365	76
6.45+5.3908⇒2.9365	79.2
6.25+5.5389⇒2.9365	84
6.15+5.6199⇒2.9365	85.5
6.29+5.0173⇒2.791	76
6.19+5.0828⇒2.791	77.6
6.06+5.1739⇒2.791	80.5
6.015+5.207⇒2.791	84
5.95+5.2569⇒2.791	83.4
5.90+5.2965⇒2.791	87
10.5910+1.0642⇒0.96703	84

内角带宽的实验值

相互作用波长[μm]	Δθint [deg]
SHG, e+e ⇒ o
3.8⇒1.9	1.33
4.34⇒2.17	1.05
5.3⇒2.65	0.69
7.8⇒3.9	0.5
9.3⇒4.65	0.74–0.80
	0.83
	1.15
9.55⇒4.775	0.89
9.6⇒4.8	0.8
10.2⇒5.1	1.35
10.3⇒5.15	1.2
SFG, e+e ⇒ o
10.668+4.34⇒3.085	1.23
SFG, o+e ⇒ o
10.6+1.064⇒0.967	0.55

相位匹配角的温度变化

相互作用波长[μm]	dθpm/dT [deg/K]
SHG, e+e ⇒ o
9.2⇒4.6	0.014
10.3⇒5.15	0.072
10.6⇒5.3	0.107
SFG, o+e ⇒ o
10.6+1.0642⇒0.9671	0.007

激光诱导的表面损伤阈值

λ[µm]	τp [ns]	Ithr[GW/cm2]	Note
1.0642	30	>0.003	12.5Hz
1.0642	10	0.003
1.3	0.00013	>150	1kHz
1.66	0.00013	>100	1kHz
2.05	30	0.013–0.016	5kHz
2.05	10	>0.074	10kHz
2.79	50	>0.014	10Hz
		0.018	10Hz
	0.15	30
	0.1	35	1Hz
2.8	70	0.056	1Hz，未镀膜样品
			1Hz, 镀膜样品
		0.08
2.94	0.11	30
5.3–6.1	CW	>0.00001
5.3–6.1	CW	0.00025
7.8	5000	10
9.2–10.8	CW	>0.00008
9.28	2	1.25
9.3	100	0.012	100Hz
9.3	50	>0.06	1Hz
9.3–10.6	125	0.025	20Hz
9.3–10.6		0.03–0.04	2Hz
9.55	220	0.078
9.55	30	0.14	SHG 方向
10.2–10.8	CW	>0.000001
10.2–10.8	100,000–10,000,000	0.06	1500Hz
10.6	CW	>0.00000001
10.6		0.0002

频谱带宽和温度带宽的实验值

频谱带宽的实验值
相互作用波长[μm]	Δν[cm-1]
SHG, e+e ⇒ o
4.34⇒2.17	7.9
10.2⇒5.1	4.9
温度带宽的实验值
相互作用波长[μm]	θexp[deg]	ΔT[℃]
SHG, e+e ⇒ o
10.5910⇒5.2955	80.1	44
10.3035⇒5.15175	74.5	45
10.2⇒5.1	72	50
9.6036⇒4.8018	65.8	48
SFG, o+e ⇒ o
10.5910+1.0642⇒0.96703	84	81.9

线性热膨胀系数αt
ΔT [K]	αt×106[K-1], \|\|c	αt×106[K-1], ⊥c
293–573	15.9	17.5
573–873	8.08	9.1
导热系数κ：
T [K]	κ[W/mK], \|\|c	κ[W/mK], ⊥c
293	36	35
双光子吸收系数β
λ[μm]	τp[ns]	β×1011
1.3	0.00013	25
在室温下测得的线性电光系数（远高于ZnGeP2晶体的声共振，即“钳位”晶体的共振）：
λ[µm]	r41S[pm/V]	r63S[pm/V]
3.3913	1.6	-0.8


ZGP传输光谱	ZGP的SHG调谐曲线(eeo型)

ZGP的OPO调谐曲线在2800nm的泵浦灯下。	ZGP的OPO调谐曲线在2090nm的泵浦灯下。

特点

非线性系数大
透射区域为74 um至12um
相对损坏阈值高
高导热率
透明区域广泛
宽光谱范围内的相位匹配

应用

参数