Title

LiNbO3晶体最重要的缺点之一是易受光折变损伤（通常在蓝光或绿光的连续波照射下，光诱导的折射率变化）。消除这种影响的通常方法是将LN晶体保持在高温（400K或更高）下。防止光折变损伤的另一种方法是掺入MgO（对于同成分LN，通常为5 mol%左右）。结果表明，掺MgO的同成分LiNbO3晶体的矫顽场值远低于未掺MgO的LN晶体，其光折变损伤阈值高于掺5mol%MgO的同成分LN晶体。

MgO:LiNbO3一种非线性晶体优化LiNbO3的性能

纯LiNbO3（LN）是一种很好的光器件候选材料，但由于其低阈值的光损伤特性，有着很大的缺点。掺MgO的LN（同余组分）是解决这一问题的可能途径之一。MgO掺杂在LN中起着重要作用，其阈值激光强度提高了100倍。有趣的一点是，掺杂MgO的LN的每一个物理性质（如转变温度、活化能、光带、光吸收光谱、OH-振动频率的移动、密度和电活化能，基于我们先前的测量4）在MgO浓度略高于5%摩尔时都具有阈值组成。

一级激光抛光规范
方向公差	＜0.5°
厚度/直径公差	±0.1 mm
表面平整度	＜λ/8@632nm
波前失真	＜λ/4@632nm
表面质量	20/10
平行	30〞
垂直	15ˊ
通光孔径	＞90%
倒角	＜0.2×45°
二级激光抛光规范
方向公差	＜0.2°
厚度/直径公差	±0.02 mm
表面平整度	λ/10 @632nm
波前失真	＜λ/8 @632nm
表面质量	5-Oct
平行	10〞
垂直	5ˊ
通光孔径	＞90%
倒角	＜ 0.2×45°

折射率随温度的变化

		355nm	406nm	532nm	633nm	1064nm
铌酸锂	25°C	2.40179	2.32631	2.23622	2.20351	2.15714
	50°C	2.40343	2.32807	2.23765	2.20458	2.15757
	75°C	2.40722	2.3308	2.2394	2.20607	2.15884
掺镁铌酸锂	25°C	2.38482	2.31248	2.2253	2.19323	2.14757
	50°C	2.38778	2.31441	2.22644	2.19424	2.14861
	75°C	2.39152	2.31718	2.22819	2.19567	2.14966

化学计量和等效LN晶体中α= 20cm-1时的居里温度和UV吸收截止值与MgO浓度（以摩尔％计）的函数

[MgO]	Tc[K]	λcutoff[μm]
化学计量LN
0	1466±2
0.8	1479±2	0.304
2	1486±1	0.301
3.3	1485±1	0.303
4.6	1480±2
Congruent LN
0	1411	0.316
>5	1486
全等LN晶体“0”透射率范围：0.32–5μm

MgO为5 mol％且摩尔比为Li / Nb = 0.97的晶体的折射率的实验值

λ[µm]	no	ne
0.4358	2.3863	2.2802
0.4916	2.3403	2.2416
0.5461	2.3114	2.2172
0.577	2.2988	2.2068
0.579	2.298	2.2062
0.6328	2.2816	2.1922
0.6943	2.2678	2.1805
0.84	2.246	2.1622
1.0642	2.2272	2.1463

MgO为5 mol％且摩尔比为Li / Nb = 0.946的晶体的折射指数的实验值（全熔融）

λ[µm]	no	ne	λ[µm]	no	ne
0.4047	2.4247	2.3111	0.579	2.2982	2.2056
0.4078	2.4202	2.3073	0.5893	2.2945	2.2027
0.4358	2.3863	2.2795	0.6234	2.284	2.1938
0.4861	2.3441	2.2444	0.6563	2.2756	2.1867
0.4916	2.3404	2.2412	0.6907	2.2681	2.1802
0.4962	2.3376	2.2389	0.6943	2.2669	2.1793
0.5461	2.3112	2.2167	1.064	2.2237	2.1456
0.577	2.2989	2.2063

非线性折射率

λ[µm]	γ×1015[cm2/W]	Note
0.78	2.0±0.3	[100] 方向
0.78	2.0±0.3	[010] 方向

相位匹配角的实验值（T = 293K）

相互作用波长[μm]	Φexp [deg]	Note
SHG, o+o ⇒ e
1.0642⇒0.5321	74.5	5mol% MgO, 全LN
	76	5mol% MgO
	76.5	5mol% MgO, Li/Nb=0.97
	82.3	7mol% MgO
1.0795⇒0.53975	75.1	5mol% MgO, 全LN
1.0796⇒0.5398	74	5mol% MgO, Li/Nb=0.97
1.3414⇒0.6707	54	5mol% MgO, 全LN
Note: The PM angle values are strongly dependent on melt stoichiometry.

NCPM温度的实验值

相互作用波长[μm]	T[℃]	注意
SHG, o+o ⇒ e
1.047⇒0.5235	75.3
1.0642⇒0.5321	25.4	0.6mol% MgO, 全LN
	78.5	7mol% MgO, 沿X
	85–109	>5mol% MgO
	107	5mol% MgO
	110	5mol% MgO
	110.6	5mol% MgO
	110.8	7mol% MgO
1.0795⇒0.53975	115	5mol% MgO, 全LN
注意：PM温度值在很大程度上取决于熔体的化学计量。

角和温度带宽的实验值

相互作用波长[μm]	T[℃]	θpm[deg]	Δθint[deg]	ΔT[℃]	Note
SHG, o+o ⇒ e
1.0642⇒0.5321	20	76	0.063		5mol% MgO
	25.4	90		0.68	0.6mol% MgO
	107	90	2.16	0.73	5mol% MgO
	110.6	90		0.73	5mol% MgO

激光引起的损伤阈值

λ[μm]	τp[ns]	Ithr[GW/cm2]	Note
0.5321	CW	>0.002	1mol% MgO, Li/Nb=1.38
		>0.002	2mol% MgO, Li/Nb=1.0
		0.002	5mol% MgO, congruent LN
		>0.006	1.8mol% MgO, Li/Nb=0.96–0.99
	≈20	0.34	5mol% MgO
0.778	0.002	>10	7mol% MgO
0.78	0.00015	>15
0.78–0.84	0.0001	>130	1kHz, 7mol% MgO
1.0642	25	>0.025	0.6mol％MgO，全LN
	≈20	0.61	5mol% MgO
	20	>0.039	10Hz, 5mol% MgO
	0.04	>0.8	0.6mol％MgO，全LN
	0.03	>0.14	5Hz, 5mol% MgO
1.56	0.00008	>1.36	1kHz, 5mol% MgO
注意：在连续波0.532-μm的辐射下，对整体光折变损伤进行了研究。

5mol％MgO：LiNbO3的二阶非线性系数的绝对值

|d31(0.852µm)|=4.9pm/V

|d33(0.852µm)|=28.4pm/V

|d31(1.064µm)|=4.4pm/V

|d33(1.064µm)|=25.0pm/V

|d31(1.313µm)|=3.4pm/V

|d33(1.313µm)|=20.3pm/V

线性吸收系数
λ[µm]	α [cm-1]
0.5321	0.02
1.0642	<0.01
1.0642	<0.003
掺MgO 5 mol％的LiNbO3的折射率的温度导数
λ[µm]	dno/dT×106[ K-1]	dne/dT×106[ K-1]
0.53975	16.663	72.763
0.6328	12.121	64.866
1.0795	4.356	54.19
1.3414	5.895	52.665
5mol％MgO掺杂同质LiNbO3矫顽场值对晶体温度的依赖性
T[K]	P[kV/mm]
298	4.5
353	2.4
393	1.8
443	1.3


LiNbO3和LiNbO3的吸收光谱：MgO（7 mol。％）晶体在吸收边缘区域	未掺杂和掺杂MgO的LN晶体的透射光谱

具有I型相匹配（oo-e）的LiNbO3：MgO（7 mol。％）晶体中SHG强度的角度依赖性	MgO：LiNbO3的寻常波和非寻常波在25°C时的热光常数

特点

同质性高
透明范围广
损伤阈值高
良好的光电性能
良好的光电弹性

应用

MgO:LiNbO3一种非线性晶体优化LiNbO3的性能

参数