Title

用于可见光和近红外激光辐射到紫外波段频率转换的非线性晶体CLBO

硼酸铯锂晶体CsLiB6O10（CLBO）是一种新型的非线性光学硼酸盐晶体，在紫外波段具有优异的非线性光学性质。CLBO晶体具有足够大的非线性系数、短的吸收边、大的角度、光谱和温度带宽等非线性光学特性，非常适合于二阶和高阶谐波的产生，是制备紫外和深紫外全固态激光器的优良材料。紫外吸收边达到180nm。在1064nm倍频时，CLBO的有效非线性光学系数大约是KDP的两倍。CLBO晶体可以从低粘度的化学计量熔体中生长出来。

全固态紫外激光器以其体积小、寿命长、效率高、光束质量好、调谐范围宽、谱线窄等优点，广泛应用于机械探伤、光刻、微加工和医学等领域，等，利用大功率近红外相干光源作为基于非线性调谐技术的基频源，通过多级变频产生紫外相干辐射被认为是发展紫外相干光源的重要途径。紫外相干光源的关键问题是研制紫外波段的非线性光学变频晶体。非线性光学晶体是实现频率变换的条件之一，因此对非线性光学晶体的生长、尺寸、损伤电阻、转换效率和允许的参数范围提出了越来越高的要求。

物理和化学特性

化学式	CsLiB6O10
晶体结构	四方负单轴晶体，42 m
晶格常数	a=10.494Å,c = 8.939Å,Z=4
质量密度	2.461 g/cm3
莫氏硬度	5.5
熔点	1118 K
分子质量	364.706
导热系数	1.25 W/m K

线性光学性质

属性	Value
透明范围	180-2750 nm
吸收系数	0.0013 cm−1
折光指数
1.064微米	ne = 1.4340, no = 1.4838
0.532微米	ne = 1.4445, no = 1.4971

Sellmeier方程（λinμm	no2 = 2.2104+0.01018/(λ2-0.01424)-0.01258λ2
属性	ne2 = 2.0588+0.00838/(λ2-0.01363)-0.00607λ2

非线性光学性质

属性	数值
NLO系数	deff(I)=d36sinθmsin(2φ)
NLO系数	deff(II)=d36sin(2θm)cos(2φ)
热光系数	dno/dT=-1.9*10-6/℃
热光系数	dne/dT=-0.5*10-6/℃
损坏阈值	26 GW/cm2
波长（nm）	相位匹配角（°）	流量（pm / V）	角度公差（mrad·cm）	偏角（°）	光谱接受度（nm·cm）	温度接受度（℃·cm）
532 + 532 = 266	61.7	0.84	0.49	1.83	0.13	8.3
1064 + 266 = 213	68.4	0.87	0.42	1.69	0.16	4.6

双光子吸收系数

λ [μm]	0.2
τp [ns]	0.00014
β × 1011 [cm/W]	120 ± 20

折光指数的实验值

λ[µm]	no	ne
0.42	1.5058	1.4517
0.45	1.503	1.4493
0.48	1.5006	1.4474
0.5	1.4991	1.4462
0.532	1.4971	1.4445
0.56	1.4957	1.4434
0.59	1.4943	1.4422
0.61	1.4935	1.4414
0.6328	1.4928	1.4409
0.67	1.4915	1.4398
0.7	1.4907	1.4392
0.72	1.4902	1.4387
1.064	1.4838	1.434

二阶非线性系数的绝对值

d36(0.532 μm) = 0.92 pm/V

d14(0.852 μm) = 0.69 pm/V

d36(0.852 μm) = 0.83 pm/V

d36(1.064μm) = 0.74 pm/V

相位匹配温度，内部角度和温度带宽的实验值

相互作用波长[μm]	θpm [deg]	T [◦C]	Δθint [deg]	ΔT [◦C]
SHG, o + o ⇒ e
0.946 ⇒ 0.473	90	-15		5
0.5235 ⇒ 0.26175	65.8	~160
0.5321 ⇒ 0.26605	62	~140
0.5321 ⇒ 0.26605	61.4	20	0.23	6.2
1.0642 ⇒ 0.5321	29.5	20	0.043	52.7
1.3382 ⇒ 0.6691	27.7	20		68.7
SFG, o + o ⇒ e
1.0642 + 0.26605 ⇒ 0.21284	67.3	20		3.6
1.547 + 0.221 ⇒ 0.19338	61.7	150
1.9079 + 0.2128 ⇒ 0.1914	55	20		1.2
1.0642 + 0.35473 ⇒ 0.26605	50.6	20		6.1
1.0642 + 0.5321 ⇒ 0.35473	39.1	20		18
SHG, e + o ⇒ e
1.0642 ⇒ 0.5321	42.4	20		49.4
SFG, e + o ⇒ e
1.9079 + 0.2128 ⇒ 0.1914	57.4	20		1.1
1.0642 + 0.5321 ⇒ 0.35473	48.9	20		17

激光引起的大面积损伤阈值

λ [μm]	τp [ns]	Ithr [GW/cm2]	Note
0.2	0.00014	>250	1 kHz
0.266	8	17-19	解决问题的增长
	0.75	6.4
	0.75	10-Sep	位错密度〜1.5×104 cm−3
	0.75	15-20	位错密度（0.7至1）×104 cm−3
	0.75	25	刺激解决方案的TSSG增长
0.511	20	>0.5	12 kHz
0.527	0.0015	>47	1/6 Hz
0.532	70	>0.043	1 kHz
	7	>0.13	10 Hz
	0.014	130-520	一列80个脉冲
0.5395	7	>0.67	10 Hz
0.576	8	>0.1	10 Hz
0.8	CW	>0.0000038
0.8	0.0014	>600	1 kHz
1.053	0.0015	>100
1.064	CW	0.000088
	13	>0.35	10 Hz
	7	>0.37	10 Hz
	1.1	16–19	沿[100]方向
	1.1	29	沿[001]方向

激光诱导的表面损伤阈值

λ [μm]	τp [ns]	Ithr [GW/cm2]	Note
0.266	8	1.4–1.6	常规晶体
		2	解决问题的增长
		1.3–1.5	常规晶体，机械抛光
		2.3	常规晶体，离子束刻蚀
		1.9	优质晶体，机械抛光
		2.9	高质量晶体，离子束蚀刻

折射率的温度导数	dno/dT=-12.8-0.328/λ
折射率的温度导数	dne/dT=-8.36+0.047/λ-0.039/λ2+0.014/λ3

有效二阶非线性系数	dooe = −d36sin(θ+ρ)sin 2φ
有效二阶非线性系数	deoe = doee = 2d36sin(θ+ρ)cos(θ+ρ)cos 2φ


二次谐波转换效率与输入基本脉冲能量的函数的计算结果	CLBO透射光谱

折射率色散	I和II型的相位匹配角随基波波长的变化

特点

其紫外线吸收边缘达到180 nm
高效非线性光学系数
较大的角度，光谱和温度带宽值
高激光损伤阈值
小离散角
高频转换效率
容易长大的单晶
低吸收系数

应用