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	12690-20-9
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

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

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).

Struttura del KTP vista lunglo l'asse b. Legenda: rosso = O, viola = P, azzurro = K, blu = Ti).^[2]

Alcune applicazioni

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)

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

^ (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.

Voci correlate

Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia

[1] (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.

[Xray-2] (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.

[3] (EN) Scheel, Hans e Fukuda, Tsuguo, Crystal Growth Technology, John Wiley and Sons, 2004, ISBN 978-04-71-49524-6.

[4] (EN) Nurmikko, Arto V. e Gosnell, Timothy R., Compact Blue-green Lasers, Cambridge University Press, 2003, ISBN 978-05-21-52103-1.

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