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チタン酸カリウム（KTP）は、K + [ TiO] 2+ PO 3− 4の式で表される無機化合物です。白色の固体です。KTP は、Nd:YAGやその他のネオジム添加レーザーなどの周波数倍増ダイオード励起固体レーザーに一般的に使用される重要な非線形光学材料です。[ 1 ]関連する NLO 材料には、ニオブ酸リチウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素カリウムなどがあります。[ 2 ]
この化合物は、二酸化チタンとKH₂PO₄およびK₂HPO₄の混合物を約1300 Kで反応させることにより調製される。カリウム塩は、試薬とフラックスの両方の役割を果たす。[ 3 ]
この物質はX線結晶構造解析によって特性評価されている。KTPは斜方晶系の結晶構造を持つ。八面体型のTi(IV)サイトと四面体型のリン酸サイトを特徴とする。カリウムは高い配位数を持つ。すべての重原子(Ti、P、K)は酸化物によってのみ結合しており、これらの原子を相互に連結している。[ 3 ]
KTP結晶は350～2700nmの波長で非常に透明で 、4500nmまでは透過率が低下し、 実質的に不透明になります。第二高調波発生（SHG）係数はKDPの約3倍です。モース硬度は約5です。 [ 4 ]
KTPは、 4μmまでの近赤外光発生用の光パラメトリック発振器としても使用されます。高い損傷閾値と大きな結晶開口部を持つため、光パラメトリック発振器として高出力動作に特に適しています。ただし、この材料にはポンプ光とアイドラー光の間に大きな複屈折ウォークオフが存在するため、非常に低出力の用途における光パラメトリック発振器としての使用は制限されます。
この材料は、理論的には光損傷に対する閾値が比較的高く（約15 J/cm² ）、優れた非線形光学特性と優れた熱安定性を備えています。実際には、KTP結晶は、1064 nm（赤外線、532 nmの緑色を出力する ）で励起される場合、動作するために安定した温度を維持する必要があります。しかし、高出力の1064 nm第二高調波発生時にフォトクロミック 損傷（グレートラッキングと呼ばれる）が発生しやすく、そのため低出力および中出力システムでの使用が制限される傾向があります。
その他にも、チタン酸カリウムヒ酸塩（KTiOAsO 4）などの材料があります。
KTP結晶は、主にc軸方向にイオン伝導性を示し、これは空孔ホッピング機構を介してカリウムイオン（K+）が結晶格子内を移動することによって生じます。このイオン伝導性は、高出力レーザー照射中に観察される「グレートラック」（一種のフォトクロミック損傷）の形成と関連しています。[ 5 ]研究によると、これらのトラックの形成には、電荷キャリアが空孔サイトに捕捉されることが関係しており、このプロセスは特殊な漂白処理によって部分的に緩和することができます。[ 6 ]
これは、レーザー前立腺手術を行うための「緑色の光」を生成するために使用されます。KTP結晶は、Nd:YAGまたはNd:YVO4結晶と結合して、緑色レーザーポインターによく見られます。[ 7 ]
KTPは、電気光学変調器、光導波路材料、方向性結合器にも使用されます。[ 8 ]
周期分極チタン酸カリウム（PPKTP）は、結晶内にスイッチングドメイン領域を有するKTPから構成され、様々な非線形光学用途や周波数変換に利用できます。波長を調整することで、効率的な第二高調波発生、和周波発生、差周波発生を実現できます。PPKTPにおける相互作用は、結晶の周期分極によって実現される準位相整合に基づいています。これにより、材料中に交互に配向した規則的に配置された強誘電ドメインの構造が形成されます。
PPKTPは、730～3500nmのポンプ波長におけるタイプ1およびタイプ2の周波数変換に一般的に使用されます 。
周期分極に用いられるその他の材料としては、ニオブ酸リチウム（周期分極ニオブ酸リチウム、PPLNとなる）、タンタル酸リチウムなどのワイドバンドギャップ無機結晶、および一部の有機材料が挙げられる。
レーザー周波数倍増に使用されるその他の材料は