Potassio titanil fosfato
Il potassio titanil fosfato, abbreviato con la sigla KTP, è un composto inorganico con la formula KO5PTi. Si presenta come un solido bianco. Il KTP è un importante materiale ottico non lineare comunemente utilizzato per i laser a stato solido pompati a diodi a raddoppio di frequenza come il laser Nd:YAG e altri laser drogati al neodimio[1].
| Potassio titanil fosfato | |
|---|---|
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| Nomi alternativi | |
| KTP | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | KO5PTi |
| Massa molecolare (u) | 197,935 g/mol |
| Aspetto | solido bianco |
| Numero CAS | |
| PubChem | 102601599 |
| SMILES | [O-]P(=O)([O-])[O-].O=[Ti+2].[K+] |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/l, in c.s.) | 3026 |
| Indicazioni di sicurezza | |
Sintesi e struttura
modificaIl composto viene preparato dalla reazione del biossido di titanio con una miscela di KH2PO4 e K2HPO4 vicino a 1300 K. I sali di potassio servono sia come reagenti che come fondente[2]
Il materiale è stato caratterizzato mediante cristallografia a raggi X. Il potassio titanil fosfato ha una struttura cristallina ortorombica. Presenta siti ottaedrici di titanio(IV) e tetraedrici di fosfato; il potassio ha un alto numero di coordinazione. Tutti gli atomi pesanti (titanio (Ti), fosforo (P) e potassio (K)) sono legati esclusivamente da ossidi, che interconnettono questi atomi[2].
Aspetti operativi
modificaI cristalli di potassio titanil fosfato sono altamente trasparenti per lunghezze d'onda comprese tra i 350 nm e i 2700 nm, con una trasmissione ridotta fino a 4500 nm, dove il cristallo è effettivamente opaco. Il suo coefficiente di generazione di seconda armonica (SHG) è circa tre volte superiore al diidrogenofosfato di potassio e ha una durezza Mohs di circa 5[3].
Il potassio titanil fosfato viene utilizzato anche come oscillatore parametrico ottico per la generazione di infrarossi vicini fino a 4 µm. È particolarmente adatto al funzionamento ad alta potenza come oscillatore parametrico ottico grazie alla sua elevata soglia di danno e alla grande apertura del cristallo.
Il materiale in teoria ha una soglia relativamente alta di danno ottico (~15 J/cm²), un'eccellente non linearità ottica e un'eccellente stabilità termica. In pratica, i cristalli di potassio titanil fosfato devono avere una temperatura stabile per funzionare se vengono pompati a 1064 nm (infrarossi, per emettere 532 nm in verde). Tuttavia, è soggetto a danni fotocromatici (chiamato tracciamento grigio) durante la generazione della seconda armonica a 1064 nm ad alta potenza che tende a limitarne l'uso ai sistemi a bassa e media potenza.
Altri materiali di questo tipo includono arseniato di titanile di potassio (KTiOAsO4).
Alcune applicazioni
modificaViene utilizzato per produrre "luce verde" per eseguire alcuni interventi di chirurgia laser alla prostata. I cristalli di potassio titanil fosfato accoppiati con i cristalli di granato di alluminio di ittrio drogato al neodimio (Nd:YAG) o ittrio ortovanadato drogato al neodimio (Nd:YVO4) si trovano comunemente nei puntatori laser verdi[4].
Il potassio titanil fosfato viene anche utilizzato come modulatore elettro-ottico, materiale usato nelle guida d'onda ottiche e negli accoppiatori direzionali.
Potassio titanil fosfato polarizzato periodicamente (PPKTP)
modificaIl potassio titanil fosfato periodicamente polarizzato (PPKTP) è costituito da potassio titanil fosfato con regioni a dominio commutato all'interno del cristallo usato per varie applicazioni ottiche non lineari e conversione di frequenza. Può essere adattato alla lunghezza d'onda per un'efficiente generazione di seconda armonica, generazione di frequenza somma e generazione di frequenza differenziale. Le interazioni in PPKTP si basano sull'adattamento quasi-in-fase, ottenuto mediante polarizzazione periodica del cristallo, per cui nel materiale viene creata una struttura di domini ferroelettrici regolarmente spaziati con orientamenti alternati.
Il potassio titanil fosfato periodicamente polarizzato è comunemente usato per conversioni di frequenza di tipo 1 e 2 per lunghezze d'onda della pompa di 730-3500 nm.
Altri materiali utilizzati per la polarizzazione periodica sono cristalli inorganici a banda larga come il niobato di litio (che diventa in niobato di litio periodicamente polarizzato, PPLN), tantalato di litio e alcuni materiali organici.
Altri materiali utilizzati per il raddoppio della frequenza laser sono:
- Triborato di litio (LBO), utilizzato per laser DPSS verdi o blu ad alta potenza in uscita
- β-bario borato (BBO), utilizzato per laser blu DPSS ad alta potenza di uscita.
Note
modifica- ^ (EN) Bierlein, John D. e Vanherzeele, Herman, Potassium Titanyl Phosphate: Properties and New Applications, in Journal of the Optical Society of America B, vol. 6, n. 4, 1989, pp. 622–33, DOI:10.1364/JOSAB.6.000622.
- ^ a b c (EN) Norberg, S.T. e Ishizawa, N., K-Site Splitting in KTiOPO4 at Room Temperature, in Acta Crystallographica Section C, vol. 61, n. 10, 2005, pp. 99–102, DOI:10.1107/S0108270105027010.
- ^ (EN) Scheel, Hans e Fukuda, Tsuguo, Crystal Growth Technology, John Wiley and Sons, 2004, ISBN 978-04-71-49524-6.
- ^ (EN) Nurmikko, Arto V. e Gosnell, Timothy R., Compact Blue-green Lasers, Cambridge University Press, 2003, ISBN 978-05-21-52103-1.
