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Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey

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About this book


Nonlinear optical techniques are now recognized as the most efficient means available to generate laser radiation at wavelengths that are presently inaccessible via conventional sources. This technology uses nonlinear optical crystals for the frequency conversion of laser light. The book contains the most complete and up to date reference material on properties of nonlinear optical crystals, describes their applications, both traditional and specific, and provides the main mathematical formulas necessary for the calculation of the frequency conversion process. It is a vital source of information for scientists and engineers dealing with modern applications of nonlinear optical crystals in quantum electronics, optoelectronics and laser physics.



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Contents
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Preface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Abbreviations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Basic Nonlinear Optical Crystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1β-BaB2O4, Beta-Barium Borate (BBO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 LiB3O5, Lithium Triborate (LBO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 LiNbO3, Lithium Niobate (LN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 KTiOPO4, Potassium Titanyl Phosphate (KTP) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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5 5 19 35 54
Main Infrared Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 3.1 AgGaS2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Silver Thiogallate (AGS) 75 3.2 AgGaSe2, Silver Gallium Selenide (AGSe) 86. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 ZnGeP2, Zinc Germanium Phosphide (ZGP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.4 GaSe, Gallium Selenide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Often-Used Crystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 115 4.1 KH2PO4, Potassium Dihydrogen Phosphate (KDP) . . . . . . . . . . . . . . 115 4.2 NH4H2PO4, Ammonium Dihydrogen Phosphate (ADP) . . . . . . . . . . 133 4.3 KD2PO4145, Deuterated Potassium Dihydrogen Phosphate (DKDP) . . . 4.4 CsLiB6O10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Cesium Lithium Borate (CLBO) 154 4.5 MgO:LiNbO3, Magnesium-Oxide–Doped Lithium Niobate (MgLN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.6 KTiOAsO4, Potassium Titanyl Arsenate (KTA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 4.7 KNbO3173, Potassium Niobate (KN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Periodically Poled Crystals and “Wafer” Materials. . . . . . . . . . . . . . . .185 5.1 LiTaO3185, Lithium Tantalate (LT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 RbTiOAsO4, Rubidium Titanyl Arsenate (RTA) 190. . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 BaTiO3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Barium Titanate 196
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Contents
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MgBaF4201. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Magnesium Barium Fluoride GaAs, Gallium Arsenide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Newly Developed and Perspective Crystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215 6.1 BiB3O6215. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Bismuth Triborate (BIBO) 6.2 K2Al2B2O7218, Potassium Aluminum Borate (KABO) . . . . . . . . . . . . . . 6.3 KBe2BO3F2222, Potassium Fluoroboratoberyllate (KBBF) . . . . . . . . . . . 6.4 BaAlBO3F2224. . . . . . . . . . . , Barium Aluminum Fluoroborate (BABF) 6.5 La2CaB10O19, Lanthanum Calcium Borate (LCB) . . . . . . . . . . . . . . . 226 6.6 GdCa4O(BO3)3227, Gadolinium Calcium Oxyborate (GdCOB) . . . . . . . 6.7 YCa4O(BO3)3233, Yttrium Calcium Oxyborate (YCOB) . . . . . . . . . . . . . 6.8 GdxY1xCa4O(BO3)3, Gadolinium–Yttrium Calcium Oxyborate (GdYCOB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 6.9 Li2B4O7, Lithium Tetraborate (LB4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 6.10 LiRbB4O7249. . . . . . . . . . . . . . , Lithium Rubidium Tetraborate (LRB4) 6.11 CdHg(SCN)4251, Cadmium Mercury Thiocyanate (CMTC) . . . . . . . . . . 6.12 Nb:KTiOPO4, Niobium-Doped KTP (NbxK1xTi1xOPO4or NbKTP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 6.13 RbTiOPO4. . . . . . . . . . . . . . . . . , Rubidium Titanyl Phosphate (RTP) 258 6.14 LiInS2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261, Lithium Thioindate (LIS) 6.15 LiInSe2, Lithium Indium Selenide (LISe) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 6.16 LiGaS2, Lithium Thiogallate (LGS) 269. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.17 LiGaSe2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Lithium Gallium Selenide (LGSe) 270 6.18 AgGaxIn1xSe2, Silver Gallium–Indium Selenide (AGISe) 272. . . . . . . 6.19 Tl4HgI6, Thallium Mercury Iodide (THI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Self-Frequency-Doubling Crystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .277 7.1 Nd:MgO:LiNbO3, Neodymium– and Magnesium-Oxide–Doped Lithium Niobate (NdMgLN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 7.2 Nd:YAl3(BO3)4, Neodymium-Doped Yttrium Aluminum Tetraborate (NYAB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 7.3 Nd:GdAl3O(BO3)4, Neodymium-Doped Gadolinium Aluminum Tetraborate (NGAB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 7.4 Nd:GdCa4O(BO3)3, Neodymium-Doped Gadolinium Calcium Oxyborate (NdGdCOB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 7.5 Nd:YCa4O(BO3)3, Neodymium-Doped Yttrium Calcium Oxyborate (NdYCOB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 7.6 Nd:LaBGeO5, Neodymium-Doped Lanthanum Borogermanate (NdLBGO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 7.7 Nd:Gd2(MoO4)3, Neodymium-Doped Gadolinium Molybdate (NdGdMO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 7.8 Yb:YAl3(BO3)4, Ytterbium-Doped Yttrium Aluminum Tetraborate (YbYAB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
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Contents
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7.9 Yb:GdCa4O(BO3)3, Ytterbium-Doped Gadolinium Calcium Oxyborate (YbGdCOB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 7.10 Yb:YCa4O(BO3)3, Ytterbium-Doped Yttrium Calcium Oxyborate (YbYCOB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Rarely Used and Archive Crystals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .319 8.1 KB5O84H2O, Potassium Pentaborate Tetrahydrate (KB5) . . . . . . . 319 8.2 CsB3O5325. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Cesium Triborate (CBO) 8.3 C4H7D12N4PO7, DeuteratedL-Arginine Phosphate Monohydrate (DLAP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 8.4α-Iodic Acid (α-HIO3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ) . 331 8.5 LiCOOH H2O, Lithium Formate Monohydrate (LFM) . . . . . . . . . . . 335 8.6 CsH2AsO4338, Cesium Dihydrogen Arsenate (CDA) . . . . . . . . . . . . . . . . 8.7 CsD2AsO4. . . . , Deuterated Cesium Dihydrogen Arsenate (DCDA) 342 8.8 RbH2PO4, Rubidium Dihydrogen Phosphate (RDP) 346. . . . . . . . . . . . . . 8.9 CsTiOAsO4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Cesium Titanyl Arsenate (CTA) 351 8.10 Ba2NaNb5O15354, Barium Sodium Niobate (BNN) . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.11 K3Li2Nb5O15358, Potassium Lithium Niobate (KLN) . . . . . . . . . . . . . . . 8.12 CO(NH2)2, Urea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 8.13 LiIO3, Lithium Iodate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 8.14 Ag3AsS3, Proustite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 8.15 HgGa2S4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , Mercury Thiogallate . 380 8.16 CdGeAs2, Cadmium Germanium Arsenide (CGA) . . . . . . . . . . . . . . . 383 8.17 Tl3AsSe3, Thallium Arsenic Selenide (TAS) 388. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.18 CdSe, Cadmium Selenide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
Some Recent Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .399 9.1 Deep-UV Light Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 9.2 Terahertz-Wave Generation by DFG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 9.3 Ultrashort Laser Pulse Compression via SHG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 9.4 Self-Frequency-Doubling Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 9.5 Periodically Poled Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 9.6 Photonic Band-Gap Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 (3) 9.7 THG viaχ411Nonlinearity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Concluding Remarks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 413
Appendix A: Full Titles of Listed Journals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .415
Appendix B: Recent References added at Proof Reading. . . . . . . . . . . .421
Subject Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
Un pour Un
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