高電気光学係数三方晶結晶構造

ニオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶

BBO結晶 (β-ホウ酸バリウム、β-BaB₂O₄)は、三方晶系非対称非線形光学結晶で、Nd:YAGレーザーの第2～5高調波を最大70%（SHG、532 nm）、60%（THG、355 nm）、50%（FHG、266 nm）、そして213 nm（FFHG）で200 mWという記録的な高効率で生成することで知られています。その優れた性能は、広い透過率範囲（189～3500 nm）、高い非線形係数（1064 nm→532 nmでd₁₁ = 2.6 pm/V）、低い光屈折性、そして非吸湿性に由来しており、UVリソグラフィー、レーザー微細加工、医療用光学機器において極めて重要な役割を果たしています。

LBOクリスタルリチウム三ホウ酸塩結晶（LBO結晶）は、優れた非線形光学結晶です。化学式はLiB₃O₅で、155～3200nmの広い透過波長範囲を特徴とし、多様なレーザー光源との相互作用を可能にします。高い損傷閾値を有し、強力なレーザービームにも性能劣化なく耐えることができます。これは、高出力レーザー用途において極めて重要です。LBO結晶は優れた光学的均一性も備えています。高ピーク出力パルスレーザーの周波数逓倍、3逓倍、光パラメトリック発振器などに広く用いられています。その優れた特性により、医療用レーザー、レーザーディスプレイ、光データストレージなどの光学システムに不可欠な要素となっています。

KTPクリスタル KTP結晶は、大きな非線形光学係数、広い角度帯域幅、小さなウォークオフ角、広い温度およびスペクトル帯域幅を備えているため、固体Nd:YAG結晶またはNd:YVO4結晶レーザーの周波数逓倍用の非線形結晶として主に使用されています。KTP結晶は、高い電気光学係数（EO係数）と低い誘電率、そして大きな性能指数を備えているため、電気光学用途でも広く使用されています。

周期分極反転リン酸チタン酸カリウム（PPKTP）結晶 は、独自の構造を持つ強誘電体非線形結晶であり、擬似位相整合（QPM）による効率的な周波数変換を可能にします。この結晶は、自発分極が逆方向に交互に並んだドメインで構成されており、QPMによって非線形相互作用における位相不整合を補正することができます。この結晶は、その透過領域内であれば、あらゆる非線形プロセスを効率的に変換するのに適しています。

ニオブ酸リチウム（LiNbO3） LiNbO3結晶は、Nd:YAG、Nd:YLF、Ti:Sapphireレーザーの電気光学変調器やQスイッチ、光ファイバー用変調器などとして広く使用されています。横方向変調はLiNbO3結晶で主に用いられています。また、LiNbO3結晶は、波長1μmを超える周波数逓倍器、1064nmで励起される光パラメトリック発振器（OPO）、擬似位相整合（QPM）デバイスとしても広く使用されています。

周期分極反転LN（PPLN）結晶 擬似位相整合理論（QPM）に基づき、非線形光学結晶であるニオブ酸リチウム（LN）を周期的に反転したドメイン構造に加工することで形成されます。この独自の構造設計により、非線形光学用途に不可欠な特殊な光学特性を実現できます。

リン酸二水素カリウム（KDP、KH₂PO₄）およびリン酸二重水素カリウム（KDP、KD₂PO₄） 正方晶系非線形光学結晶は、室温でのタイプI/II位相整合により、Nd:YAGレーザーの第2高調波発生（532 nm、効率60%）、第3高調波発生（355 nm）、第4高調波発生（266 nm）に広く使用されています。KDPは、重水素化により75%のSHG効率と高い損傷閾値を提供します。電気光学材料として、KDPは超高係数（KDPの場合r₃₃=23.3 pm/V）、低い半波長電圧（1064 nmで約7.6 kV）、および広い帯域幅（> 10 GHz）を特徴としており、ポッケルスセル、変調器、慣性閉じ込め核融合などの高出力レーザーシステムへの応用が可能です。これらのシステムでは、KDPの非吸湿性が過酷な環境下でもKDPよりも優れています。

方解石（CaCO₃）は、極めて高い複屈折性と広い透過率（200 nm～2300 nm）を有する三方晶系負一軸結晶であり、その柔らかさ（モース硬度3）と吸湿性にもかかわらず、可視～近赤外偏光光学系に最適な材料です。この材料は、消光比が10⁶:1を超えるグラン・テイラー／トムソン偏光子、ビームディスプレイサー、UV波長板などを可能にし、紫外線域ではYVO₄などの合成結晶よりも優れた性能を発揮しますが、ARコーティングと湿度管理が必要となります。

イットリウムオルトバナデート（YVO4） チョクラルスキー法で育成された正一軸結晶です。優れた機械的特性と物理的特性を有し、広い透過率範囲と大きな複屈折性から光学偏光部品に最適です。光ファイバーアイソレーターやサーキュレーター、ビームディスプレイサー、グラン偏光子、その他の偏光光学系など、多くの用途において、方解石（CaCO3）やルチル（TiO2）結晶の優れた合成代替品として知られています。

高温型BBO（α-BaB2O4) は負の一軸結晶です。189 nmから3500 nmの広い透明範囲にわたって大きな複屈折があります。最近、MT-Opticsはこの結晶を大型化することに成功しました。a-BBO結晶の物理的、化学的、熱的および光学的特性は、β-BBOの特性に似ています。ただし、a-BBO結晶の非線形光学特性は、その結晶構造の中心対称性により消失しており、NLOプロセスには推奨されません。

ネオジム添加ガドリニウムバナデート（Nd:GdVO4結晶） 正方晶系に属するNd:GdVO4結晶は、DPSS（ダイオード励起固体）マイクロ/ミニレーザーに最適なレーザーホスト材料です。優れた物理的、光学的、機械的特性を示します。レーザー性能の点では、Nd:GdVO4結晶はNd:YAG結晶に比べて高いスロープ効率を示します。Nd:YVO4結晶と比較すると、優れた熱伝導性を持ち、高出力条件下でより安定した動作を可能にし、より高い出力を達成できます。さらに、その明確な光学異方性は、レーザーシステムにおける効率的な偏光制御を容易にします。これらの特性により、Nd:GdVO4結晶は、高効率と安定した性能が重要な要件である医療用レーザー機器、精密レーザー加工システム、高度な科学研究用レーザー装置などの小型レーザーデバイスの用途に非常に適しています。

Nd:YAG結晶 現在最も広く使用されている固体レーザー材料です。マイクロ/ミニDPSS（ダイオード励起固体）レーザーシステムで使用され、高品質の赤色、緑色、または青色レーザー出力を生成します。Nd:YAG結晶から生成される青色レーザーは、Nd:YVO4結晶から生成される青色レーザーよりも効率が高く、実現が容易です。Nd:YAG結晶は、軍事、科学、医療、産業用レーザーシステム、高性能科学レーザーシステム、レーザー治療、美容システム、レーザーマーキング、レーザードリリング、その他のレーザー材料加工システムにも広く使用されています。特に、Nd:YAG結晶は、高出力、高エネルギー、Qスイッチパルスレーザーシステムに最適なレーザー材料です。Nd:YAG結晶が様々なレーザーシステムに広く応用されているのは、その優れた物理的および機械的特性によるものです。

Nd:YVO4 Nd:YVO4は、ダイオードレーザー励起固体レーザー用として現在存在する最も効率的なレーザーホスト結晶の一つです。レーザー発振波長における大きな誘導放出断面積、励起波長における高い吸収係数と広い吸収帯域幅、高いレーザー誘起損傷閾値、そして優れた物理的、光学的、機械的特性により、Nd:YVO4は高出力、安定性、そして費用対効果に優れたダイオード励起固体レーザーに最適な結晶です。

テルビウムガリウムガーネット（TGG） は、ファラデー装置（回転子およびアイソレータ）に最適な結晶材料です。ファラデー回転子は、特別に設計された磁石に内蔵されたTGGロッドで構成されています。回転子を通過する光線の偏光によって回転が起こります。回転方向は磁場の方向にのみ依存し、光線の伝播方向には依存しません。光アイソレータは、適切に配置された2つの偏光子の間に45度回転子を配置したもので、光線は一方向にのみ通過します。大きなベルデ定数、低い光損失、高い熱伝導率、高い光損傷閾値などの優れた特性を兼ね備えたTGGは、ファラデー装置に最適な材料です。YAGレーザー、Ti:サファイアチューナブルレーザー、リングレーザーなどに広く使用されています。

Cr⁴⁺:YAGクリスタル Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YVO₄、その他波長0.8～1.2μmのネオジムドープまたはイッテルビウムドープレーザー用のパッシブQスイッチとして優れた性能を発揮する結晶です。パッシブQスイッチまたは可飽和吸収体を用いることで、電気光学スイッチを必要とせずに十分なレーザーパルスを得ることができます。優れた化学的安定性、耐久性、耐紫外線性、良好な熱伝導性、高い損傷閾値（>500MW/cm²）、そして取り扱いの容易さから、パッシブQスイッチ分野で一般的に使用されているLiFや染料に代わる材料として、1μm帯Ndドープレーザーの優れた選択肢となります。