Potassio titanil fosfato
| Potassio titanil fosfato | |
|---|---|
 | |
| 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 | |
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].
Sintesi e struttura[modifica | modifica wikitesto]
Il 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[modifica | modifica wikitesto]
I 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[modifica | modifica wikitesto]
Viene 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)[modifica | modifica wikitesto]
Il 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 | modifica wikitesto]
- ^ (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.
