התקדמות המחקר של גבישים אלקטרו-אופטיים Q-Switched – חלק 4: קריסטל BBO

התקדמות המחקר של גבישים אלקטרו-אופטיים Q-Switched – חלק 4: קריסטל BBO

מטבורט הבריום פאזה בטמפרטורה נמוכה (β-BaB2O4, בקיצור BBO) קריסטל שייך למערכת הגבישים המשולשת, 3m קבוצת נקודות. בשנת 1949, לויןet al. גילה מטבורט בריום שלב בטמפרטורה נמוכה BaB2O4 מתחם. בשנת 1968, בריקסנרet al. השתמשו ב-BaCl2 כשטף לקבלת גביש בודד דמוי מחט שקוף. בשנת 1969, הובנר השתמש בלי2O כשטף לגדל 0.5 מ"מ × 0.5 מ"מ × 0.5 מ"מ ומדד את הנתונים הבסיסיים של צפיפות, פרמטרים של תאים וקבוצת החלל. לאחר 1982, מכון פוג'יאן למבנה החומר, האקדמיה הסינית למדעים השתמשה בשיטת גביש זרע מלח מותך כדי לגדל גביש יחיד גדול בשטף, ומצאה שגביש BBO הוא חומר מצוין להכפלת תדר אולטרה סגול. עבור יישום מיתוג Q אלקטרו-אופטי, לקריסטל BBO יש חסרון של מקדם אלקטרו-אופטי נמוך שמוביל למתח חצי גל גבוה, אך יש לו יתרון יוצא דופן של סף נזק לייזר גבוה מאוד.

מכון פוג'יאן למבנה החומר, האקדמיה הסינית למדעים ביצע סדרה של עבודה על צמיחת גבישי BBO. בשנת 1985, גדל גביש יחיד בגודל φ67 מ"מ × 14 מ"מ. גודל הגביש הגיע ל-φ76 מ"מ×15 מ"מ בשנת 1986 ול-φ120 מ"מ×23 מ"מ בשנת 1988.

צמיחת הגבישים נוקטת בראש ובראשונה בשיטת זרעים-גביש מלח מותך (הידועה גם כשיטת גביש-גביש העליון, שיטת הרמת שטף וכו'). קצב צמיחת הגבישים ב-cכיוון הציר איטי, וקשה להשיג גביש ארוך באיכות גבוהה. יתרה מכך, המקדם האלקטרו-אופטי של גביש BBO קטן יחסית, וקריסטל קצר אומר שנדרש מתח עבודה גבוה יותר. בשנת 1995, גודנוet al. השתמש ב-BBO כחומר אלקטרו-אופטי עבור אפנון EO Q של לייזר Nd:YLF. הגודל של גביש BBO זה היה 3 מ"מ × 3 מ"מ × 15 מ"מ (x, y, z), ואומץ אפנון רוחבי. למרות שיחס האורך-גובה של BBO זה מגיע ל-5:1, המתח של רבע הגל עדיין מגיע ל-4.6 קילוואט, שהם בערך פי 5 מהאפנון EO Q של גביש LN באותם תנאים.

על מנת להפחית את מתח ההפעלה, BBO EO Q-switch משתמש בשניים או שלושה גבישים יחד, מה שמגדיל את אובדן ההחדרה ואת העלות. ניקלet al. הפחית את מתח חצי הגל של גביש BBO על ידי העברת האור דרך הגביש במשך מספר פעמים. כפי שמוצג באיור, קרן הלייזר עוברת דרך הגביש במשך ארבע פעמים, ועיכוב הפאזה שנגרם על ידי מראת ההשתקפות הגבוהה שהוצבה ב-45° פוצה על ידי לוח הגל שהונח בנתיב האופטי. בדרך זו, מתח חצי הגל של מתג BBO Q זה יכול להיות נמוך עד 3.6 קילו וולט.

איור 1. אפנון BBO EO Q עם מתח חצי גל נמוך - WISOPTIC

בשנת 2011 פרלוב et al. השתמש ב-NaF כשטף לגידול קריסטל BBO באורך של 50 מ"מc-כיוון ציר, והשיג מכשיר BBO EO בגודל של 5 מ"מ×5 מ"מ×40 מ"מ, ועם אחידות אופטית טובה יותר מ-1×10−6 ס"מ−1, העונה על הדרישות של יישומי EO Q-switching. עם זאת, מחזור הצמיחה של שיטה זו הוא יותר מחודשיים, והעלות עדיין גבוהה.

נכון לעכשיו, מקדם ה-EO האפקטיבי הנמוך של גביש BBO והקושי לגדל BBO בגודל גדול ובאיכות גבוהה עדיין מגבילים את אפליקציית EO Q-switching של BBO. עם זאת, בשל סף נזקי הלייזר הגבוה והיכולת לעבוד בתדירות חזרות גבוהה, קריסטל BBO הוא עדיין סוג של חומר מודולציית EO Q בעל ערך חשוב ועתיד מבטיח.

BBO Pockels Cell-WISOPTIC-01

איור 2. BBO EO Q-Switch עם מתח חצי גל נמוך - תוצרת WISOPTIC Technology Co., Ltd.


זמן פרסום: 12 באוקטובר 2021