激光手艺的生长从基础上改变了现代科技的面目，而非线性光学频率转换手艺在这一历程中饰演了至关主要的角色。三硼酸锂（Lithium Triborate, LBO）晶体作为一种性能优异的非线性光学晶体，因其宽阔的蚲ai鞴婺、高光损伤阈值、较大的接受角和较小的走离角等特点，普遍应用于高功聅hiす獗镀、和频及光学参量振荡等领域。

在这些应用中，非临界相位匹配（Non-Critical Phase Matching, NCPM）手艺尤其主要。它通过调治晶体温度来实现相位匹配，大幅度提高了光学频率转换的效率和稳固性，同时阻止了因角度调治引起的光束偏离效应。本文将围绕LBO 晶体的非临界相位匹配睁开，探讨其原理、优势、典型应用以及选择与使用要领，以资助客户更好地明确并使用这种手艺。

LBO非临界相位匹配是什么

LBO 晶体是一种负双轴晶体，属于正交点群 mm2，其非线性光学性能显著，尤其适用于激光频率转换中的倍频（Second Harmonic Generation, SHG）和和频（Sum-Frequency Generation, SFG）。非临界相位匹配是指通过调整晶体温度，而非角度，来知足相位匹配条件，从而阻止光束走离效应。这种方式不仅可以实现更高效的频率转换，还能保证光束质量的稳固性。

非临界相位匹配的焦点在于通过优化温度，使晶体内部的折射率在特定波长规模内知足相位匹配条件。这一手艺阻止了角度相位匹配所需的重大机械调整，同时有用减小了由于光束撒播偏向转变引起的能量损失。由于 LBO 晶体具有较宽的蚲ai鞴婺：臀露鹊餍彻婺，其成为实现非临界相位匹配的理想质料，普遍应用于紫外、可见光和近红外激光波长的频率转换。

在 LBO 晶体中，当基波光波长为 1064 nm 时，倍频光（532 nm）对应的最佳相位匹配温度通常为约 149°C。这一温度点使得晶体内的折射率差异知足相位匹配条件，从而实现无走离角的频率转换。

LBO非临界相位匹配的优势

无走离角和高光束质量

传统的角度相位匹配因走离效应可能导致光束偏离，降低转换效率。而非临界相位匹配通过温控实现相位匹配，使得光束在晶体内部保持优异的空间重合，输出光束质量大幅提升。

宽接受角和温度调谐规模

LBO 晶体的非临界相位匹配具有较宽的接受角和温度容差规模。例如，在 1064 nm 基波下，其接受角可达数十毫弧度，允许一定水平的光束发散角。此外，其温度调谐规模通常在 ±5°C 左右，进一步zeng强了系统的操作稳固性。

高损伤阈值

LBO 晶体的损伤阈值高达 25 GW/cm? 以上，这使其特殊适用于高功聅hiす庀低持械钠德首挥τ谩Ｎ蘼凼锹龀寮す庹站梢涣す猓寄芄皇褂闷涓吖庋裙绦院颓渴⒌目顾鹕四芰。

长晶体和大功率处置赏罚能力

由于非临界相位匹配条件下不存在光束走离效应，可以使用更长的晶体来zeng加频率转换效率。这种特征使 LBO 晶体能够轻松应对大功聅hiす庥τ眯枨。

典型应用chang景

工业激光器中的倍频应用

在 Nd:YAG 激光器（1064 nm）中，LBO 晶体常被用作倍频元件，将基波转换为 532 nm 绿色激光和 355 nm 紫外激光。532 nm 波长的绿色激光普遍用于激光打标、焊接、切割等工业领域，而 355 nm 波长的紫外激光因其短波长和高精度，特殊适合于高精度打标机的应用。例如，紫外激光能够实现对塑料、玻璃和其他细密质料的非热加工，提供更清晰和高秠uan榷鹊拇虮晷Ч。

医疗和美容领域

在医疗美容中，532 nm 和 355 nm 激光划分用于血管病变治疗和皮肤年轻化。LBO 晶体在此类激光装备中充当关jian的频率转换元件，确保输出光束具有高功率和高稳固性。

科学研究

LBO 晶体还普遍应用于高功聅hiす庀低澈统旒す庾爸弥，例如光学参量放大（OPA）和飞秒激光脉冲整形。其高光束质量和宽蚲ai鞴婺＃160 nm 至 2600 nm）知足了科学实验对紫外到中红外光谱的需求。

实验与性能参数

在实验中，通过使用 10 mm 长的 LBO 晶体和温控装置，对 1064 nm Nd:YAG 激光举行腔外倍频实验，效果显示：

• 最佳匹配温度：149°C

• 最高转换效率：65%

• 光束质量：M? < 1.3

• 温度匹配宽度：约 4°C/cm

此外，研究进一步指出，LBO 晶体在飞秒激光抽运系统中体现出优异性能，通过非临界相位匹配实现了 670-880 nm 规模内的可调谐信号光输出。这一研究验证了温控在提升光束转换效率和稳固性方面的主要作用。

通过准确控制温度，倍频光输出能量颠簸可小于 ±3%。对于基波注入能量大于 1.3 J 时，倍频光能量趋于饱和，这批注晶体的设计长度与功率密度的匹配对效率提升至关主要。

怎样选择和使用 LBO 晶体

切割和设计建议

LBO 晶体的切割角度和光学设计是确保非临界相位匹配乐成的基础。建议选用专为目的波长设计的晶体切割角（例如 θ=90° 和 φ=11.8°）。

温控要求

温控系统是非临界相位匹配的焦点组件。高精度温控装置（控制精度 ±0.1°C）可显著提高频率转换效率并保持输出光束的稳固性。

长度和涂层选择

晶体长度应凭证激光功率密度举行优化。对于高功率应用，推荐选用具有高损伤阈值涂层的晶体，以进一步提升系统的可靠性。

结论

LBO 晶体的非临界相位匹配手艺以其奇异的优势，在激光频率转换领域占有了主要职位。它的高转换效率、宽接受角和高光学稳固性，使其成为现代激光系统不行或缺的焦点组件。未来，随着手艺的进一步生长，LBO 晶体将在更普遍的应用chang景中展现其潜力。