ZGP Nichtlinearer Kristall – Laser-Crylink.de

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ZnGeP₂ (Zink-Germaniumphosphid) -Kristall hat viele gute Eigenschaften und ist ein nichtlinearer Kristall im mittleren IR. Die nichtlineare Suszeptibilität von ZnGeP2 (ZGP) -Kristallen ist ungefähr 160-mal so groß (d36 ~ 75 pm / V) wie KDP. ZGP zeigt eine gute optische Transparenz über 0,74–12 mm und eine relativ hohe Laserschadensschwelle und ist daher gut geeignet für Herstellung eines abstimmbaren Lasers im nahen Infrarot. ZGP ist ein sehr hoffnungsvolles Material für Geräte im mittleren Infrarot wie SHG, SFG, OPO und OPG / OPA.

Parameter

Physikalische und Chemische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert
Chemische Formel	ZnGeP₂
Kristall Struktur	trigonal, 42m
Gitter Parameter	a=b=5.467Å, c=12.736Å
Massen Dichte	4.16 g/cm³
Härte (Mohs)	5,5
Schmelz Punkt	quasi 1040°C
Wärme Leitfähigkeit	180 W/m/K
Wärme Ausdehnungs Koeffizient	β‖,5×10^-6/K; β⊥,7.8×10^-6/K
Doppelbrechung	positiv einachsig

Lineare Optische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert
Transparenzbe Reich	0.74 – 12 µm
Absorptions Koeffizient	α<0.05cm-1 @2050-2100 nm
Brechungs Indizes
@ 2.05 µm	n_o = 3.1478, n_e = 3.1891
@ 2.79 µm	n_o = 3.1333, n_e = 3.1744
@ 5.30 µm	n_o = 3.1136, n_e = 3.1547
@ 10.6 µm	n_o = 3.0729, n_e = 3.1143
Sellmeier-Gleichungen (λ in μm)	n_o²(λ) = 4.64467+5.10087/(λ²-0.13656)+4.27777λ²/(λ²-1653.89)
Sellmeier-Gleichungen (λ in μm)	n_e²(λ) = 4.71539+5.26358/(λ²-0.14386)+2.37310λ²/(λ²-1000.82)

Nichtlineare Optische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert
SHG-Phase Nanpassungsbe Reich	3177 ∼10357nm (Typ I)
NLO-Koeffizienten	d₃₆=75 ± 8 pm/V
	Typ Ⅰd_eeo=d₃₆sin2θcos2φ
	Typ Ⅱd_oeo=d_eoo=d₃₆sinθsin2φ
Schadensschwelle
Bei 2,79 μm	30 GW/cm2(150 ps)
Bei 10,6 μm	1 GW/cm² (2 ns)

Linearer Absorptions Koeffizient

λ[µm]	α [cm-1]	Hinweis
1.064	1.52
1.064	1.06	beste Kristalle
1.9	0.8–0.95
2	0.15	O-Welle, beste Kristalle
2	0.16
2.05	0.35
	0.26	O-Welle
	0.23
	0.2	O-Welle nach dem Tempern
	<0.1	beste Kristalle
	0.09	beste Kristalle
	0.02–0.04	nach dem Tempern und der Strahlungsverarbeitung
2.08	0.62	O-Welle, Mittelwert
2.08	1.2	E-Welle, Mittelwert
2.15	0.6
	0.09–0.25	typische Kristalle, O-Welle
	0.03	beste Kristalle, O-Welle
2.39	0.55
2.5	0.11	O-Wellen-Kristalle im Wachstum
2.5–8	<0.1
2.5–8.3	<0.2
2.5–8.5	<0.1
2.73	0.03
2.75	0.3
2.79	0.06
2.8	0.01	beste Kristalle, O-Welle
2.8–8.3	<0.1
3–8	0.005–0.15
	<0.1
	<0.01
3.15	0.17
3.5–3.9	0.41	O-Welle, SFG-Richtung
3.5	0.4
3.8	0.1–0.18
3.9–4.5	0.1
4–8.5	<0.05
4.5–8	0.03	beste Proben
4.65	0.4
	0.1–0.2
	0.01–0.05	SHG Richtung
4.78	<0.055
4.78	0.16
5.3–6.1	0.32	E-Welle, SFG-Richtung
5.5–6.3	0.1
7.8	0.15
8.24	0.02
8.3	0.45
8.3–9.5	<0.3
9	0.9
9.2	0.51
9.28	0.4
9.3	0.8
	0.7	SHG Richtung
	0.4–0.5
	0.48	E-Welle
9.5	0.39	E-Welle
9.55	0.26	SHG Richtung
9.55	0.56
9.6	0.33
9.7	0.33	E-Welle
10	0.45
10.3	0.42
10.4	0.6
10.6	0.9
	0.83	E-Welle, SFG-Richtung
	0.65
10.7	0.88	E-Welle
11.1	1.2

Experimentelle Werte von Brechungs Indizes

λ[µm]	n_o	n_e	λ[µm]	n_o	n_e
0.64	3.5052	3.5802	3.4	3.1263	3.1647
0.66	3.4756	3.5467	3.6	3.1257	3.1632
0.68	3.4477	3.516	3.8	3.1237	3.1616
0.7	3.4233	3.4885	4	3.1223	3.1608
0.75	3.373	3.4324	4.2	3.1209	3.1595
0.8	0.8	3.3915	4.5	3.1186	3.1561
0.85	3.3063	3.3593	4.7	3.1174	3.1549
0.9	3.283	3.3336	5	3.1149	3.1533
0.95	3.2638	3.3124	5.5	3.1131	3.1518
1	3.2478	3.2954	6	3.1101	3.148
1.1	3.2232	3.2688	6.5	3.1057	3.1445
1.2	3.2054	3.2493	7	3.104	3.142
1.3	3.1924	3.2346	7.5	3.0994	3.1378
1.4	3.182	3.2244	8	3.0961	3.135
1.6	3.1666	3.2077	8.5	3.0919	3.1311
1.8	3.1562	3.1965	9	3.088	3.1272
2	3.149	3.1889	9.5	3.0836	3.1231
2.2	3.1433	3.1829	3.1829	3.0788	3.1183
2.4	3.1388	3.178	10.5	3.0738	3.1137
2.6	3.1357	3.1745	11	3.0689	3.1087
3	3.1304	3.1693	12	3.0552	3.0949
3.2	3.1284	3.1671

Experimentelle Werte des Phasenanpassungs Winkels (T = 293K)

Wechselwirkende Wellenlängen [μm]	θexp [deg]
SHG, e+e⇒o
3.9278⇒1.9639	57.8±0.3
4.34⇒2.17	55.8±0.2
4.64⇒2.32	47.5
4.775⇒2.3875	49.2
5.2955⇒2.64775	46.8
9.2⇒4.6	63.8
9.3054⇒4.6527	61.3/63/64
9.5⇒4.75	62.1/66.8
9.5524⇒4.7762	65.3
9.6036⇒4.8018	64.9/65.8
10.2⇒5.1	72
10.3035⇒5.15175	74.3/74.5
10.5514⇒5.2757	79.2
10.5910⇒5.2955	80.1
SFG, e+e ⇒ o
10.668+4.34⇒3.085	54.3±0.2
10.5910+5.2955⇒3.53033	52.1
10.5910+3.53033⇒2.64775	48.4
9.74+4.2039⇒2.9365	49.6
5.2955+3.53033⇒2.1182	51.7
SFG, o+e ⇒ o
6.74+5.2036⇒2.9365	76
6.45+5.3908⇒2.9365	79.2
6.25+5.5389⇒2.9365	84
6.15+5.6199⇒2.9365	85.5
6.29+5.0173⇒2.791	76
6.19+5.0828⇒2.791	77.6
6.06+5.1739⇒2.791	80.5
6.015+5.207⇒2.791	84
5.95+5.2569⇒2.791	83.4
5.90+5.2965⇒2.791	87
10.5910+1.0642⇒0.96703	84

Experimentelle Werte der internen Winkel Bandbreite

Wechselwirkende Wellenlängen [μm]	Δθ^int[deg]
SHG, e+e ⇒ o
3.8⇒1.9	1.33
4.34⇒2.17	1.05
5.3⇒2.65	0.69
7.8⇒3.9	0.5
9.3⇒4.65	0.74–0.80
	0.83
	1.15
9.55⇒4.775	0.89
9.6⇒4.8	0.8
10.2⇒5.1	1.35
10.3⇒5.15	1.2
SFG, e+e ⇒ o
10.668+4.34⇒3.085	1.23
SFG, o+e ⇒ o
10.6+1.064⇒0.967	0.55

Temperaturänderung des Phasenanpassungs Winkels

Wechselwirkende Wellenlängen [μm]	dθpm/dT [deg/K]
SHG, e+e ⇒ o
9.2⇒4.6	0.014
10.3⇒5.15	0.072
10.6⇒5.3	0.107
SFG, o+e ⇒ o
10.6+1.0642⇒0.9671	0.007

Laser Induzierte Schwelle für Oberflächenschäden

λ[µm]	τp [ns]	Ithr[GW/cm2]	Hinweis
1.0642	30	>0.003	12.5Hz
1.0642	10	0.003
1.3	0.00013	>150	1kHz
1.66	0.00013	>100	1kHz
2.05	30	0.013–0.016	5kHz
2.05	10	>0.074	10kHz
2.79	50	>0.014	10Hz
		0.018	10Hz
	0.15	30
	0.1	35	1Hz
2.8	70	0.056	1 Hz, unbeschichtete Probe
			1 Hz, beschichtete Probe
		0.08
2.94	0.11	30
5.3–6.1	CW	>0.00001
5.3–6.1	CW	0.00025
7.8	5000	10
9.2–10.8	CW	>0.00008
9.28	2	1.25
9.3	100	0.012	100Hz
9.3	50	>0.06	1Hz
9.3–10.6	125	0.025	20Hz
9.3–10.6		0.03–0.04	2Hz
9.55	220	0.078
9.55	30	0.14	SHG Richtung
10.2–10.8	CW	>0.000001
10.2–10.8	100,000–10,000,000	0.06	1500Hz
10.6	CW	>0.00000001
10.6		0.0002

Experimentelle Werte der spektralen Bandbreite und der Temperatur Bandbreite

Experimentelle Werte der spektralen Bandbreite
Wechselwirkende Wellenlängen [μm]	Δν[cm-1]
SHG, e+e ⇒ o
4.34⇒2.17	7.9
10.2⇒5.1	4.9
Experimentelle Werte der Temperatur Bandbreite
Wechselwirkende Wellenlängen [μm]	θexp[deg]	ΔT[℃]
SHG, e+e ⇒ o
10.5910⇒5.2955	80.1	44
10.3035⇒5.15175	74.5	45
10.2⇒5.1	72	50
9.6036⇒4.8018	65.8	48
SFG, o+e ⇒ o
10.5910+1.0642⇒0.96703	84	81.9

Andere Parameter

Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient α_t
ΔT [K]	αt×10⁶[K^-1], \|\|c	α_t×10⁶[K^-1], ⊥c
293–573	15.9	17.5
573–873	8.08	9.1
Wärmeleitfähigkeitskoeffizient κ ：
T [K]	κ[W/mK], \|\|c	κ[W/mK], ⊥c
293	36	35
Zwei-Photonen-Absorptionskoeffizient β
λ[μm]	τ_p[ns]	β×10¹¹
1.3	0.00013	25
Lineare elektrooptische Koeffizienten, gemessen bei hohen Frequenzen (weit über den akustischen Resonanzen des ZnGeP₂-Kristalls, d. H. Für den “geklemmten” Kristall) bei Raumtemperatur:
λ[µm]	r₄₁^S[pm/V]	r₆₃^S[pm/V]
3.3913	1.6	-0.8

Spectrums


ZGP-Übertragungsspektrum	SHG-Kurven von ZGP (Typ I (eeo))

OPO-Abstimmkurven von ZGP mit Pumplicht von 2800 nm	OPO-Abstimmkurven von ZGP mit Pumplicht von 2090 nm