Title

LBO是紫外波段优良的非线性晶体之一。它已成功地应用于YLF，YAG，YAP激光器的二次谐波和三次谐波的产生。LBO晶体具有宽的透射带、良好的紫外透过率、微潮解、良好的物理化学性质、中等的非线性光学系数、良好的光学均匀性、高的损伤阈值、大的允许角和小的走离角。广泛应用于高平均功率的二次谐波、和频、差频、三次谐波、四次谐波和参数振荡领域。

LBO晶体–非临界相位匹配激光倍频的最佳非线性晶体

LBO的最大优点是可以利用温度调谐来实现非临界相位匹配（NCPM）。当倍频过程满足非临界相位匹配关系时，倍频基频光与倍频二次谐波的走离角为0。此时，LBO晶体的有效长度理论上可以达到无穷大，这可以补偿其小的非线性系数。由于其损伤阈值很大，这意味着可以实现大功率基波抽运。因此，采用LBO晶体的非临界相位匹配进行脉冲激光的腔外倍频，将大大提高基频光的转换效率。频率光的光束质量和稳定性将大大提高。

物理和化学特性

属性	数值
化学式	LiB3O5
晶体结构	斜方，空间群Pna21，点群mm2
晶格参数	a=8.4473Å ,b=7.3788Å, c=5.1395Å, Z=2
质量密度	2.47 g/cm3
莫氏硬度	6
熔点	About 834°C
导热系数	3.5W/m/K
双折射	负双轴晶体：λ=0.5321μm时2Vz =109.2˚

晶体尺寸/ mm	长度/mm	应用	方向Theta / Phi deg	增透膜S1 / S2，nm / nm
5 x 5	15	THG@1064nm, Type II (e-oe)	42.2/90	1064 + 532 / 355
5 x 5	15	SHG@1064nm, Type I (e-oo)	90/11.6	1064 + 532 / 1064 + 532
6 x 6	0.9	SHG@1030nm	90/13.8	515 + 1030 / 515 + 1030
	1.9	SHG@1030nm	90/13.8	515 + 1030 / 515 + 1030
	2.8	SHG@1030nm	90/13.8	515 + 1030 / 515 + 1030
	3.7	SHG@1030nm	90/13.8	515 + 1030 / 515 + 1030
10 x 10	0.9	SHG@1030nm	90/13.8	515 + 1030 / 515 + 1030
	1.9	SHG@1030nm	90/13.8	515 + 1030 / 515 + 1030
	2.8	SHG@1030nm	90/13.8	515 + 1030 / 515 + 1030
	3.7	SHG@1030nm	90/13.8	515 + 1030 / 515 + 1030
3 x 3	10	THG@1064nm, Type II (e-oe)	42.2/90	1064 + 532 / 355
	15	SHG@1064nm, NCPM I Type	90/0	1064 + 532 / 1064 + 532
	15	THG@1064nm, Type II (e-oe)	42.2/90	1064 + 532 / 355
	15	SHG@1064nm, Type I (e-oo)	90/11.6	1064 + 532 / 1064 + 532
	20	SHG@1064nm, NCPM I Type	90/0	1064 + 532 / 1064 + 532

属性	数值
方向公差	< 0.5°
厚度/直径公差	±0.05 mm
表面平整度	<λ/8@632 nm
波前失真	<λ/4@632 nm
表面质量	5-Oct
平行	30〞
垂直	15ˊ
通光孔径	>90%
倒角	<0.2×45°

线性光学性质

属性	数值
透明范围	169 – 2600 nm
吸收系数：	<0.1%/cm at 1064nm;<0.3%/cm at 532nm
折光指数
在 1.0642 mm	nx = 1.5656, ny = 1.5905, nz=1.6055
在 0.5321 mm	nx = 1.5785, ny = 1.6065, nz=1.6212
在 0.2660 mm	nx = 1.5973, ny = 1.6286, nz=1.6444
Sellmeier方程（λ in μm）	nx2=2.454140+0.011249/(λ2-0.011350)-0.014591λ2-6.60×10-5λ4
	ny2=2.539070+0.012711/(λ2-0.012523)-0.018540λ2+2.0×10-4λ4
	nz2=2.586179+0.013099/(λ2-0.011893)-0.017968λ2-2.26×10-4λ4

非线性光学性质

属性	数值
SHG相位匹配范围	551 ~ 2600nm (Type I);790-2150nm (Type II)
NLO系数	deff（I）=d32cosΦ（XY平面中的I型）
	deff（I）=d31cos2θ+d32sin2θ（XZ平面中的I型）
	deff（II）=d31cosθ（YZ平面中的II型）
	deff（II）=d31cos2θ+d32sin2θ（XZ平面中的II型）
NLO敏感性未消失	d31=1.05 ± 0.09 pm/V
	d32=-0.98 ± 0.09 pm/V
	d33= 0.05 ± 0.006 pm/V
热光学系数（°C，λinμm）	dnx/dT=-9.3X10-6
	dny/dT=-13.6X10-6
	dnz/dT=(-6.3-2.1λ)X10-6
角度接受	6.54mrad-cm（Φ，I型，1064 SHG）15.27mrad-cm（q，II型，1064 SHG）

线性热膨胀系数

T [K]	αt×106[ K-1],\|\|X	αt×106[K-1 ],\|\|Y	αt×106[ K-1],\|\|Z
273	107.1	-95.4	33.7
323	108.2	-88	33.6
373	108.3	-80.9	33.2
423	107.3	-74	32.6
473	105.3	-67.3	31.7
523	102.3	-60.7	30.5
573	98.2	-54.4	29.1
673	87	-42.3	25.5
723	79.8	-36.5	23.3
773	71.6	-30.9	20.9
873	52.1	-20.3	15.3
923	40.8	-15.3	12.1
973	28.5	-10.6	8.7
1023	15.1	-5.9	5
1073	0.8	1.5	1.1

折光指数的实验值

λ[µm]	nX	nY	nZ
0.2537	1.6335	1.6582	1.6792
0.2894	1.6209	1.6467	1.6681
0.2968	1.6182	1.645	1.6674
0.3125	1.6097	1.6415	1.6588
0.3341	1.6043	1.6346	1.6509
0.365	1.59523	1.62518	1.64025
0.4	1.58995	1.61918
0.4047	1.5907	1.6216	1.6353
0.4358	1.5859	1.6148	1.6297
0.45	1.58449	1.61301	1.62793
0.4861	1.5817	1.6099	1.6248
0.5	1.58059	1.60862	1.62348
0.525	1.57906	1.60686
0.5321	1.57868	1.60642	1.62122
0.5461	1.578	1.6057	1.6206
0.55	1.57772	1.60535	1.62014
0.578	1.5765	1.6039	1.6187
0.5893	1.576	1.6035	1.6183
0.6	1.57541	1.60276	1.61753
0.6328	1.5742	1.6014	1.6163
0.6563	1.5734	1.6006	1.6154
0.7		1.59893	1.61363
0.8	1.56959	1.59615	1.61078
0.9	1.56764	1.59386	1.60843
1	1.56586	1.59187	1.60637
1.0642	1.56487	1.59072	1.60515
1.1	1.56432	1.59005	1.60449

相位匹配角的实验值（T = 293K）

相互作用波长[μm]	Φexp [deg]	θexp [deg]
XY平面θ= 90°
SHG, o+o ⇒ e
1.908⇒0.954	23.8
1.5⇒0.75	7
1.0796⇒0.5398	10.6/10.7
1.0642⇒0.5321	11.3/11.4/11.6/11.8
0.946⇒0.473	19.4/19.5
0.930⇒0.465	21.3
0.896⇒0.448	23.25
0.88⇒0.44	24.53
0.850⇒0.425	27
0.84⇒0.42	27.92
0.836⇒0.418	28.3
0.80⇒0.40	31.7
0.794⇒0.397	32.3
0.786⇒0.393	33
0.78⇒0.39	33.7
0.7735⇒0.38675	34.4
0.75⇒0.375	37.13/37
0.746⇒0.373	37.5
0.7094⇒0.3547	41.8/41.9/42/43.5
0.63⇒0.315	55.6
0.555⇒0.2775	86
0.554⇒0.277	90
SFG, o+o ⇒ e
1.3414+0.6707⇒0.44713	20
1.0642+0.5321⇒0.35473	37/37.1/37.2
1.053+0.5265⇒0.351	38.2
1.0642+0.35473⇒0.26605	60.7/61
0.86+0.43⇒0.2867	61
1.3188+0.26605⇒0.22139	70.2
0.21284+2.35524⇒0.1952	50.3
0.21284+1.90007⇒0.1914	63.8
0.21284+1.58910⇒0.18774	88
YZ 平面, Φ=90◦
SHG, o+e ⇒ o
1.908⇒0.954		46.2
1.5⇒0.75		14.7
1.0796⇒0.5398		19.2
1.0642⇒0.5321		19.9/20.5/20.6/21.0
SFG, o+e ⇒ o
1.0641+0.53205⇒0.3547		42/42.7
1.0642+0.5321⇒0.35473		42.2/42.5/43.2
XZ 平面, Φ=0◦, θ＜VZ
SHG, e+o ⇒ e
1.3414⇒0.6707		3.6/4.2/5.0
1.3188⇒0.6594		5.2
1.3⇒0.65		5.4
XZ 平面, Φ=0◦, θ＞VZ
SHG, e+e ⇒ o
1.3414⇒0.6707		86.1/86.3/86.6
1.3188⇒0.6594		86
1.3⇒0.65		86.1
1.24⇒0.62		86

非关键相位匹配（NCPM）温度的实验值

相互作用波长[μm]	T[℃]
沿X轴 SHG, typeⅠ
1.547⇒0.7735	117
1.46⇒0.73	50
1.252⇒0.626	3.5
1.25⇒0.625	-2.9
1.215⇒0.6075	21
1.211⇒0.6055	20
1.206⇒0.603	24
1.2⇒0.6	24.3
1.15⇒0.575	61.1
1.135⇒0.5675	77.4
1.11⇒0.555	108.2
1.0796⇒0.5398	112
1.0642⇒0.5321	148/148.5/149/149.5/151
1.047⇒0.5235	166.5/167/172/175/176.5/180
1.025⇒0.5125	190.3
SFG, typeⅠ
1.908+1.0642⇒0.6832	81
1.444+1.08⇒0.6179	23
1.135+1.0642⇒0.5491	112
1.547+0.7735⇒0.5157	141
DFG, typeⅠ
0.532-0.8⇒1.588	135
沿Z轴 SHG, type II
1.342⇒0.671	35
1.3⇒0.65	46

内角，温度和光谱带宽的实验值

相互作用波长[μm]	T[℃]	Δφint [deg]	Δθint [deg]	ΔT[℃]
沿X轴
SHG, type I
1.46⇒0.73	50			6
1.252⇒0.626	3.5			9
1.206⇒0.603	24			13
1.135⇒0.5675	77.4			4.7
1.0642⇒0.5321	148	3.54	2.57	3.9
	148.5			2.7
	149	2.3	1.9	4
	149.5			4.1
	151	2.1	2.1	2.9
1.047⇒0.5235	175			3.5
SFG, type I
1.908+1.0642⇒0.6832	81			7.4
1.444+1.08⇒0.6179	23	4.2	3
1.135+1.0642⇒0.5491	112			5
DFG, type I
0.532-0.8⇒1.588	135			3.8

内角，温度和光谱带宽的实验值

相互作用波长[μm]	Φpm[deg]	θpm[deg]	Δφint[deg]	Δθint[deg]	ΔT[℃]	Δν[cm-1]
XY平面，θ= 90（T = 293K）
SHG, o+o ⇒ e
1.0796⇒0.5398	10.7		0.31
1.0642⇒0.5321	10.8		0.27	2.63
	11.4		0.24	1.79
	11.6				5.8
			0.34	2.64	6.7	8.8
0.886⇒0.443	24.1				7.8	15.9
0.870⇒0.435	25.4		0.12			141
0.78⇒0.39	33.7		0.08			194
0.7605⇒0.38025	35.9				15.3	10.5
0.715⇒0.3575	41		0.06
SFG, o+o ⇒ e
1.0642+0.3547⇒0.2661	60.7				3.8
YZ平面，φ= 90（T = 293K）
SHG, o+e ⇒ o
1.0642⇒0.5321		20.6	3.2	0.77
1.0642⇒0.5321			3	0.81		11.5
SFG, o+e ⇒ o
1.0641+0.53205⇒0.3547		42	0.79	0.16	6
1.0642+0.5321⇒0.35473		42.2		0.18
1.0642+0.5321⇒0.35473		41	3.07	0.18

LBO中SHG过程的逆群速度失配的计算值

相互作用波长[μm]	Φpm[deg]	θpm[deg]	β[fs/mm]
XY平面，θ=90◦
SHG, o+o ⇒ e
1.2⇒0.6	2.36		18
1.1⇒0.55	9.37		37
1.0⇒0.5	15.74		59
0.9⇒0.45	22.94		86
0.8⇒0.4	31.69		123
0.7⇒0.35	43.38		175
0.6⇒0.3	62.63		257
YZ平面，φ=90◦
SHG, o+e ⇒ o
1.1⇒0.55		15.98	82
1.0⇒0.5		28.96	106
0.9⇒0.45		45.36	139
0.8⇒0.4		76.88	186

激光诱导的表面损伤阈值

λ[µm]	τp [ns]	Ithr [GW/cm2]	Note
0.2661	12	>0.04
0.308	17	>0.05
0.308	0.0003	47,000	sharp focusing
0.3547	18	>0.18	10Hz
	8	>0.1
	7	>0.14
	0.03	>9.4	10Hz
	0.015	>2.8
	0.018	>5
	0.025	>6	10Hz
0.5145	CW	>0.00003
0.5235	0.055	>1.1	500Hz
0.5321	CW	>0.0004
	60	>0.07	900Hz
	10	>0.22
	0.1	>4.5	500Hz
	0.035	>3.1
	0.015	>4.4
0.592	0.0005	>50	1kHz
0.605	0.0002	>25
0.616	0.0004	31,000	sharp focusing
0.652	0.02	>0.81
0.7–0.9	10	>0.03	10Hz
0.71–0.87	25	1.1–1.4	25Hz
0.72–0.85	0.001	>8
0.77–0.83	0.00005	>22	80MHz
1.0642	CW	>0.001
	60	>0.06	1333Hz
	18	>0.6	10Hz
	9	>0.9	10Hz
	8	>0.5
	1.3	19
	1.1	45	bulk damage
	0.1	25
	0.035	>4.8
	0.025	>3.3	10Hz
1.0796	5	20	1–25Hz
1.0796	0.04	30

折射率的温度导数

对于0.4–1.0µm的光谱范围和293–338K的温度范围（λin µm）：dnX/dT=-1.8×10-6K-1

dny/dT=-13.6×10-6K-1

dnz/dT=-(6.3+2.1λ)×10-6K-1

对于0.4–1.0 µm的光谱范围和293–383K的温度范围（λin µm）：dnX/dT=-(3.76λ-2.3)×10-6K-1

dny/dT=-(19.40-6.01λ)×10-6K-1

dnz/dT=-(9.70-1.50λ)×10-6K-1

对于λ= 0.6328µm和温度范围293–473K（λ以µm为单位，T以K为单位）：dnX/dT=[0.20342-1.9697×10-2 (T-273)-1.4415×10-5(T-273)2]×10-6K-1

dny/dT=-[10.748+7.1034×10-2 (T-273) +5.7387×10-5(T-273)2]×10-6K-1

dnz/dT=-[0.85998+1.5476×10-1 (T-273) -9.4675×10-4(T-273)2+2.2375×10-6(T-273)3]×10-6K-1

其他参数

在P = 0.101325 MPa时的比热cp
T [K]	cp[J/kgK]
298	1060
线性吸收系数α
λ[µm]	α [cm-1]
0.35–0.36	0.0031
1.0642	0.00035
双光子吸收系数β
λ[µm]	τp[ns]	β×1011[cm/W]	Note
0.211	0.0009	103±36	θ =90°, Φ=30°
0.264	0.0008	15±5	θ =90°, Φ=30°
非线性折射率γ
λ[µm]	γ×1015[cm2/W]	Note
0.78	0.26±0.03	[100] 方向
0.78	0.19±0.03	[010] 方向
0.85	0 .19±0.04


LBO传输频谱	LBO非线性晶体的SHG调谐曲线

在不同的泵浦光（即530 nm，355 nm和266 nm）下，LBO（在“ XY”平面上的TypeI（ooe））的OPO调谐曲线

特点

对水分的敏感性低
分散角小
高光学均匀性
可调波长范围大
透明区域广泛
损坏阈值很高
宽接受角

应用