Elektrooptiliste Q-lülitatud kristallide uurimistöö – 4. osa: BBO kristall

Elektrooptiliste Q-lülitatud kristallide uurimistöö – 4. osa: BBO kristall

Madala temperatuuri faasi baariummetaboraat (β-BaB2O4, lühidalt BBO) kristall kuulub kolmepoolsesse kristallisüsteemi, 3m punkti grupp. 1949. aastal Levinet al. avastas madala temperatuuriga faasi baariummetaboraadi BaB2O4 ühend. 1968. aastal Brixneret al. kasutatud BaCl2 vooluna, et saada läbipaistev nõelataoline monokristall. 1969. aastal kasutas Hubner Li2O kui voog kasvama 0,5 mm × 0,5 mm × 0,5 mm ja mõõdeti tiheduse, raku parameetrite ja ruumirühma põhiandmed. Pärast 1982. aastat kasutas Hiina Teaduste Akadeemia Fujiani Ainestruktuuri Instituut sulasoola seemnekristalli meetodit suurte monokristallide kasvatamiseks voolus ja leidis, et BBO kristall on suurepärane ultraviolettkiirguse sagedust kahekordistav materjal. Elektrooptilise Q-lülitusrakenduse jaoks on BBO kristalli puuduseks madal elektrooptiline koefitsient, mis toob kaasa kõrge poollainepinge, kuid selle silmapaistev eelis on väga kõrge laserkahjustuse lävi.

Hiina Teaduste Akadeemia Fujiani ainestruktuuri instituut on BBO kristallide kasvatamiseks teinud mitmeid töid. 1985. aastal kasvatati monokristall mõõtmetega φ67 mm × 14 mm. Kristallide suurus jõudis 1986. aastal φ76 mm × 15 mm ja 1988. aastal φ120 × 23 mm.

Kristallide kasvatamisel kasutatakse ennekõike sulasoola seemnekristalli meetodit (tuntud ka kui top-seemnekristalli meetod, räbusti tõstmise meetod jne). Kristallide kasvukiirusc-telje suund on aeglane ja kvaliteetset pikka kristalli on raske saada. Lisaks on BBO kristalli elektrooptiline koefitsient suhteliselt väike ja lühike kristall tähendab, et on vaja kõrgemat tööpinget. Aastal 1995 Goodnoet al. kasutas BBO-d elektro-optilise materjalina Nd:YLF laseri EO Q-moduleerimiseks. Selle BBO kristalli suurus oli 3mm × 3mm × 15mm (x, y, z) ja võeti vastu põikmodulatsioon. Kuigi selle BBO pikkuse ja kõrguse suhe ulatub 5:1-ni, on veerandlaine pinge siiski kuni 4,6 kV, mis on umbes 5 korda suurem kui LN-kristalli EO Q-modulatsioon samadel tingimustel.

Tööpinge vähendamiseks kasutab BBO EO Q-lüliti kahte või kolme kristalli koos, mis suurendab sisestuskadu ja -kulusid. Nikkelet al. vähendas BBO kristalli poollaine pinget, pannes valguse mitu korda läbi kristalli. Nagu joonisel näidatud, läbib laserkiir kristalli neli korda ja 45° nurga all asuva suure peegeldusega peegli põhjustatud faasiviivitus kompenseeriti optilisele teele asetatud laineplaadiga. Nii võiks selle BBO Q-lüliti poollainepinge olla lausa 3,6 kV.

Joonis 1. BBO EO Q-modulatsioon madala poollainepingega – WISOPTIC

Aastal 2011 Perlov et al. kasutas räbustina NaF-i 50 mm pikkuse BBO kristalli kasvatamiseksc-telje suund ja saadud BBO EO seade, mille suurus on 5 mm × 5 mm × 40 mm ja mille optiline ühtlus on parem kui 1 × 10−6 cm−1, mis vastab EO Q-lülitusrakenduste nõuetele. Selle meetodi kasvutsükkel on aga üle 2 kuu ja hind on endiselt kõrge.

Praegu piirab BBO kristalli madal efektiivne EO koefitsient ning raskused suure ja kõrge kvaliteediga BBO kasvatamisel endiselt BBO EO Q-vahetusrakendust. Kuid tänu kõrgele laserkahjustuse lävele ja võimele töötada suure kordussagedusega, on BBO kristall endiselt omamoodi EO Q-modulatsioonimaterjal, millel on oluline väärtus ja paljutõotav tulevik.

BBO Pockels Cell-WISOPTIC-01

Joonis 2. Madala poollainepingega BBO EO Q-Switch – tootja WISOPTIC Technology Co., Ltd.


Postitusaeg: 12.10.2021