Structure cristalline trigonale à coefficient électro-optique élevé

Cristal de niobate de lithium (LiNbO3)

Cristal BBO (β-Borate de Baryum, β-BaB₂O₄), un cristal optique non linéaire trigonal non centrosymétrique, est réputé pour générer des harmoniques 2 à 5 des lasers Nd:YAG avec des rendements allant jusqu'à 70 % (SHG, 532 nm), 60 % (THG, 355 nm), 50 % (FHG, 266 nm) et un record de 200 mW à 213 nm (FFHG). Ses performances supérieures découlent d'une large plage de transparence (189 à 3 500 nm), d'un coefficient non linéaire élevé (d₁₁ = 2,6 pm/V à 1 064 nm → 532 nm), d'une faible photoréfractivité et d'une non-hygroscopicité, ce qui le rend essentiel pour la lithographie UV, le micro-usinage laser et l'optique médicale.

LBO CristalLe cristal de triborate de lithium (LBO) est un cristal optique non linéaire remarquable. De formule chimique LiB₃O₅, il présente une large plage de transparence de 155 à 3 200 nm, permettant une interaction avec diverses sources laser. Son seuil de dommage élevé lui permet de résister à des faisceaux laser intenses sans dégradation de ses performances, un atout crucial pour les applications laser de forte puissance. Le cristal LBO présente également une excellente homogénéité optique. Il est largement utilisé pour le doublage et le triplement de fréquence des lasers pulsés à forte puissance crête, ainsi que pour les oscillateurs paramétriques optiques. Ses propriétés exceptionnelles en font un composant essentiel des systèmes optiques tels que les lasers médicaux, les écrans laser et le stockage de données optiques.

Cristal KTP Il est principalement utilisé comme cristal non linéaire pour le doublage de fréquence des lasers à cristal Nd:YAG ou Nd:YVO4 à semi-conducteurs. Ses coefficients optiques non linéaires sont élevés, sa large bande passante angulaire, son faible angle de propagation, ainsi que sa large bande passante spectrale et thermique. Le cristal KTP présente également un coefficient électro-optique (EO) élevé, une faible constante diélectrique et un facteur de mérite élevé, ce qui le rend largement utilisé dans les applications électro-optiques.

Cristal de phosphate de titanyle de potassium à polarisation périodique (PPKTP) Il s'agit d'un cristal ferroélectrique non linéaire doté d'une structure unique, qui favorise une conversion de fréquence efficace par quasi-adaptation de phase (QPM). Composé de domaines alternés à polarisation spontanée d'orientations opposées, ce cristal permet à la QPM de corriger le déséquilibre de phase dans les interactions non linéaires. Il est adapté à la conversion efficace de tout processus non linéaire dans sa plage de transparence.

Niobate de lithium (LiNbO3) Il est largement utilisé comme modulateur électro-optique et Q-switch pour les lasers Nd:YAG, Nd:YLF et Ti:Saphir, ainsi que comme modulateur pour les fibres optiques, etc. La modulation transversale est principalement utilisée pour le cristal LiNbO3. Le cristal LiNbO3 est également largement utilisé comme doubleur de fréquence pour les longueurs d'onde supérieures à 1 µm, les oscillateurs paramétriques optiques (OPO) pompés à 1 064 nm et les dispositifs à quasi-adaptation de phase (QPM).

Cristal LN périodiquement polarisé (PPLN) est obtenu par la fabrication d'un cristal optique non linéaire de niobate de lithium (LN) selon une structure à domaine périodiquement inversé, basée sur la théorie de quasi-adaptation de phase (QPM). Cette conception structurelle unique confère des propriétés optiques spécifiques, essentielles aux applications d'optique non linéaire.

Phosphate de potassium dihydrogène (KDP, KH₂PO₄) et phosphate de potassium dideutérium (KDP, KD₂PO₄) sont des cristaux optiques non linéaires tétragonaux largement utilisés pour la génération de deuxième (532 nm, efficacité de 60 %), de troisième (355 nm) et de quatrième harmonique (266 nm) des lasers Nd:YAG via l'adaptation de phase de type I/II à température ambiante, le KDP offrant une efficacité SHG de 75 % et un seuil de dommage plus élevé via la deutération. En tant que matériaux électro-optiques, ils présentent des coefficients ultra-élevés (r₃₃ = 23,3 pm/V pour le KDP), une faible tension demi-onde (~ 7,6 kV à 1064 nm) et une large bande passante (> 10 GHz), permettant des applications dans les cellules de Pockels, les modulateurs et les systèmes laser haute puissance comme la fusion par confinement inertiel, où la non-hygroscopicité du KDP surpasse le KDP dans les environnements difficiles.

Calcite (CaCO₃), un cristal uniaxial trigonal négatif présentant une biréfringence extrême et une large transmission (200 nm–2 300 nm), est le matériau de choix pour les optiques polarisantes visible-proche infrarouge malgré sa souplesse (Mohs 3) et son hygroscopicité. Il permet la fabrication de polariseurs Glan–Taylor/Thompson avec des rapports d'extinction > 10⁶:1, de déplaceurs de faisceau et de lames d'ondes UV, surpassant les cristaux synthétiques comme YVO₄ dans l'ultraviolet, mais nécessitant des revêtements antireflets et un contrôle de l'humidité.

L'orthovanadate d'yttrium (YVO4) C'est un cristal uniaxe positif obtenu par la méthode Czochralski. Il présente de bonnes propriétés mécaniques et physiques et est idéal pour les composants polarisants optiques grâce à sa large plage de transparence et sa biréfringence élevée. C'est un excellent substitut synthétique aux cristaux de calcite (CaCO3) et de rutile (TiO2) dans de nombreuses applications, notamment les isolateurs et circulateurs de fibres optiques, les déplaceurs de faisceau, les polariseurs de Glan et autres optiques polarisantes.

Forme à haute température BBO (a-BaB2O4) est un cristal uniaxial négatif. Il a une grande biréfringence sur la large plage transparente de 189 nm à 3500 nm. Récemment, MT-Optics a réussi à faire croître ce cristal en grande taille. Les propriétés physiques, chimiques, thermiques et optiques du cristal a-BBO sont similaires à celles du β-BBO. Cependant, les propriétés optiques non linéaires du cristal a-BBO disparaissent en raison de la symétrie centrée avec sa structure cristalline, il n'est pas recommandé ou les processus NLO.

Vanadate de gadolinium dopé au néodyme (cristaux Nd:GdVO4) Appartenant au système cristallin tétragonal, il constitue un excellent matériau hôte laser idéal pour les micro/mini-lasers DPSS (soudés à diode pompée). Il présente des propriétés physiques, optiques et mécaniques remarquables. En termes de performances laser, les cristaux Nd:GdVO4 affichent une efficacité de pente supérieure à celle des cristaux Nd:YAG. Comparés aux cristaux Nd:YVO4, ils possèdent une conductivité thermique supérieure, permettant un fonctionnement plus stable à haute puissance et pouvant atteindre une puissance de sortie plus élevée. De plus, leur anisotropie optique particulière facilite un contrôle efficace de la polarisation dans les systèmes laser. Ces caractéristiques rendent les cristaux Nd:GdVO4 particulièrement adaptés aux applications dans les dispositifs laser compacts, tels que les équipements laser médicaux, les systèmes de traitement laser de précision et les configurations laser de recherche scientifique avancée, où un rendement élevé et des performances stables sont des exigences essentielles.

Cristal Nd:YAG Le cristal Nd:YAG est le matériau laser à solide le plus utilisé aujourd'hui. Il est utilisé dans les systèmes laser DPSS (à diodes pompées) « micro/mini » pour générer des lasers rouges, verts ou bleus de haute qualité. Le laser bleu issu du cristal Nd:YAG offre un rendement supérieur et est plus facile à réaliser que celui issu du cristal Nd:YVO4. Le cristal Nd:YAG est également largement utilisé dans les systèmes laser militaires, scientifiques, médicaux et industriels, les systèmes laser scientifiques haute performance, la thérapie laser, les systèmes de cosmétologie, le marquage laser, le perçage laser et d'autres systèmes de traitement laser des matériaux. Le cristal Nd:YAG est notamment le matériau idéal pour les systèmes laser à impulsions haute puissance, haute énergie et à commutation Q. Ses nombreuses applications dans divers systèmes laser découlent de ses propriétés physiques et mécaniques exceptionnelles.

Nd:YVO4 Le Nd:YVO4 est l'un des cristaux hôtes laser les plus performants actuellement disponibles pour les lasers à solide pompés par diode laser. Sa grande section efficace d'émission stimulée à la longueur d'onde laser, son coefficient d'absorption élevé et sa large bande passante d'absorption à la longueur d'onde de pompage, son seuil de dommage induit laser élevé ainsi que ses excellentes propriétés physiques, optiques et mécaniques font du Nd:YVO4 un excellent cristal pour les lasers à solide pompés par diode haute puissance, stables et économiques.

Grenat de terbium-gallium (TGG) Le TGG est le matériau cristallin idéal pour les dispositifs Farady (rotateur et isolateur). Le rotateur Farady est constitué d'une tige TGG encastrée dans un aimant spécialement conçu. La polarisation d'un faisceau lumineux traversant le rotateur provoque la rotation. Le sens de rotation dépend uniquement de la direction du champ magnétique et non de la direction de propagation du faisceau lumineux. L'isolateur optique est constitué d'un rotateur à 45 degrés, placé entre deux polariseurs juxtaposés, permettant au faisceau lumineux de passer dans une seule direction. Combinant d'excellentes propriétés, telles qu'une constante de Verdet élevée, une faible perte de lumière, une conductance thermique élevée et un seuil de dommage lumineux élevé, le TGG est le matériau idéal pour les dispositifs Farady. Il est largement utilisé pour les lasers YAG et les lasers Ti, les lasers accordables au saphir, les lasers annulaires, etc.

Cristal Cr⁴⁺:YAG Ce cristal offre d'excellentes performances en tant que commutateur Q passif pour les lasers Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO₄ et autres lasers dopés au néodyme ou à l'ytterbium, avec des longueurs d'onde comprises entre 0,8 et 1,2 μm. Un commutateur Q passif ou un absorbeur saturable permet d'obtenir un nombre suffisant d'impulsions laser sans recourir à un commutateur électro-optique. Grâce à sa bonne stabilité chimique, sa durabilité, sa résistance aux UV, sa bonne conductivité thermique, son seuil de dommage élevé (> 500 MW/cm²) et sa facilité de manipulation, il remplacera le LiF et les colorants couramment utilisés dans les commutateurs Q passifs et deviendra un excellent choix pour les lasers dopés au Nd de 1 μm.