KDP晶体折射率非均匀性检测系统

基于正交偏振干涉法,建立了KDP晶体折射率非均匀性的检测系统,并可实现晶体相位失谐角的间接检测.波前检测系统实现了测试光偏振态的精密控制与切换,采用波长调谐相移的方法去除了测试过程中参考面倾斜引入的误差,优化了抗振动相移算法,提高了波前测试的测量准确度及重复性.通过折射率非均匀性分析算法的设计,解决了晶体厚度变化引入的误差等.小口径晶体元件的测试结果表明系统的折射率非均匀性检测准确度(均方根值)优于10~(-6).     

KDP晶体折射率非均匀性检测系统

基于正交偏振干涉法,建立了KDP晶体折射率非均匀性的检测系统,并可实现晶体相位失谐角的间接检测.波前检测系统实现了测试光偏振态的精密控制与切换,采用波长调谐相移的方法去除了测试过程中参考面倾斜引入的误差,优化了抗振动相移算法,提高了波前测试的测量准确度及重复性.通过折射率非均匀性分析算法的设计,解决了晶体厚度变化引入的误差等.小口径晶体元件的测试结果表明系统的折射率非均匀性检测准确度(均方根值)优于10-6.     

大尺寸磷酸二氢钾晶体的折射率均一性研究

采用德国Trioptics公司生产的新一代全自动高精度折射率测量仪,测量了磷酸二氢钾(KDP)晶体不同部位的样品位于近紫外到近红外波段(0.253—1.530μm)内12个不同波长处的折射率,测量精度达到10-6量级.结果表明,大尺寸KDP晶体不同部位样品的折射率存在不均一性,靠近晶体恢复区的样品折射率小于晶体锥头区的样品折射率,偏差在10-5—10-4量级.研究发现,这种折射率不均一性与晶体不同部位的结晶质量存在差异有关.另外,将测量数据与其他文献中的数据进行对比.结果显示,所测试的样品数、波段宽度、测量点数量以及数据的精度均超过其他文献,结合测试条件分析了不同文献数据存在差异的原因.最后,使用最小二乘法拟合得到了KDP晶体较为可靠的Sellmeier方程.     

KDP晶体全口径最佳入射角优化方法

根据正交偏振干涉测量法(OPI)获得的KDP晶体折射率的空间分布数据求解KDP晶体内部失谐角分布,进而建立了倍频及和频KDP晶体全口径最佳入射角的优化模型和方法。分析讨论了不同折射率畸变程度和不同功率密度入射情况下倍频及和频晶体入射角的变化规律。在此基础上,对KDP晶体的全口径最佳入射角进行了优化。结果表明:当KDP晶体折射率畸变程度较大时,倍频晶体对折射率变化较为敏感,而和频晶体对折射率变化则相对不敏感。在实际工作中,首先在假设倍频晶体折射率分布均匀的前提下,对和频晶体的最佳入射角进行优化,而后通过适当调整倍频晶体及和频晶体的入射角,最终确定倍频晶体及和频晶体的全口径最佳入射角。     

大口径DKDP晶体受激拉曼散射增益系数的测量（英）

大口径KDP/DKDP晶体在强紫外光辐照下产生横向受激拉曼散射效应（TSRS）, 受激放大的拉曼散射光将导致激光能量损失甚至激光损伤, 测量DKDP晶体TSRS增益系数对设置激光装置的运行区间以确保晶体的安全使用非常重要。采用高精度光谱仪探测大口径DKDP晶体（氘含量65%）在351 nm激光辐照下的横向拉曼散射信号, 得到了拉曼散射光的增长曲线, 拟合得到的拉曼增益系数为0.109 cm/GW。同时, 实验结果表明晶体体损伤不影响TSRS增长行为, 表明晶体体损伤对拉曼增益系数测量结果的影响可以忽略。     

大口径DKDP晶体受激拉曼散射增益系数的测量（英文）

大口径KDP/DKDP晶体在强紫外光辐照下产生横向受激拉曼散射效应(TSRS),受激放大的拉曼散射光将导致激光能量损失甚至激光损伤,测量DKDP晶体TSRS增益系数对设置激光装置的运行区间以确保晶体的安全使用非常重要。采用高精度光谱仪探测大口径DKDP晶体(氘含量65%)在351nm激光辐照下的横向拉曼散射信号,得到了拉曼散射光的增长曲线,拟合得到的拉曼增益系数为0.109cm/GW。同时,实验结果表明晶体体损伤不影响TSRS增长行为,表明晶体体损伤对拉曼增益系数测量结果的影响可以忽略。     

KDP晶体折射率不均匀性对三倍频转换效率的影响

 采用正交偏振干涉测量法获得了典型的快速(RG)和传统(CG)生长的KDP晶体折射率空间分布，数值模拟了倍频晶体固定失谐角分别为0和220 mrad时晶体折射率不均匀性对高功率三倍频光转换效率的影响。结果表明：快速生长晶体的折射率不均匀性的均方根约为传统生长晶体的6倍；三倍频转换效率在低功率密度下对折射率不均匀性不敏感，在高功率密度下尤其是转换效率较高时很敏感；当混频过程中的二倍频光不过剩时，在晶体折射率变化对三倍频效率的影响方面，倍频晶体比混频晶体严重；目前国产的传统生长晶体可以满足高功率三倍频实验要求。     

KDP晶体杠杆式夹持方案分析

在惯性约束聚变(ICF)终端光学组件(FOA)的精密装校过程中,超大超薄KDP晶体面形在重力作用下会发生畸变,从而导致晶体内部晶轴发生改变,进而由于波前相位失配而极大地降低高功率激光的频率转换效率。针对大口径薄型Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体在非垂直放置状态下出现的附加面形问题,利用有限元分析软件,建立了具有不同初始面形的KDP晶体及其"杠杆式"夹持系统的模型,对晶体经夹持系统夹持后的附加面形分布进行了仿真计算,并讨论了支撑条上表面的加工误差类型及大小、晶体初始面形对KDP晶体附加面形的影响。研究结果表明:"杠杆式"夹持系统能有效改善大口径薄型KDP晶体因重力作用而引起的附加面形变化;晶体边缘部分的加工误差对KDP晶体附加面形有较大影响。     

基于子孔径拼接技术的大尺寸光学材料均匀性检测系统

为实现大尺寸光学材料折射率均匀性的高精度、低成本检测,提出一种基于子孔径拼接技术的干涉绝对测量方法,并研制了一套由Zygo干涉仪、五维气浮调整平台、子孔径拼接软件、计算机等组成的测量计算系统。待测件安放在精密的五维气浮调整架上,通过移动调整架来对各个子孔径区域进行精密检测,再利用子孔径拼接软件自动拼接计算出全口径待测件的光学均匀性分布。对直径为300mm的石英待测件进行了口径为180mm的8个子孔径拼接检测实验,并将拼接所得结果与全口径干涉仪直接测量的结果进行了分析和比较,波面峰谷值相对误差为0.21%,光学均匀性值相对误差为0.23%,精度与大口径干涉仪直接测量的精度相当,实现了绝对检验下的平面类波前子孔径拼接技术的实用化。整套系统集光、机、电、算于一体,操作简便,测量精度高。     

KDP晶体相位匹配角理论预测模型及其验证分析

在高功率固体激光器的终端光学组件内, 大口径薄型KDP (KH₂PO₄)晶体的精密装配和校准是实现惯性约束核聚变的关键技术之一. 为了达到晶体在线安装高效高精度的要求, 需要测量高功率激光三次谐波转换效率达到最高时的晶体相位匹配角分布. 本文针对Ⅰ/Ⅱ类大口径薄型KDP晶体三次谐波转换的方式, 根据晶体的非线性光学属性获得了晶体不同位置相位匹配角之间的关系; 根据激光束在晶体内的传输路径分析得到了晶体面形、相位匹配角与激光三次谐波转换效率达到最高时 晶体最佳偏转角之间的相互关系. 在此基础上, 建立了Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体相位匹配角的理论预测模型, 并利用实验进行了验证和分析. 实验结果表明, 晶体相位匹配角的预测值与实验值之差在10.0 μrad以内, 验证了Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体相位匹配角理论预测模型的正确性, 为获得晶体全口径相位匹配角分布提供了简单、高效的预测方法.     

等离子体电极棚电光开关实验研究

 设计建造了以辉光放电形成的等离子体作电极，通光口径为80mm×80mm的普克尔盒实验，实验检测了它的开关性能。阐述了普克尔盒的结构，辉光放电等离子体电极的形成，开关驱动脉冲的产生及输出特性，电光开关的开关效率和开关速度的检测方法，给出了典型的实验结果。     

高功率高效率三次谐波二维数值模拟研究

 对大口径、高功率情况下的三次谐波转换,选择KDP晶体TypeⅠ/TypeⅡ匹配角度失谐的三倍频方案,并从非线性三波耦合方程组出发,采用离散傅立叶变换和四阶龙格库塔(R-K)积分方法,编制了二维模拟三次谐波转换的计算程序。计算了各种晶体厚度和不同失谐角条件下,二、三次谐波的转换特性和效率。并对入射基频光为六阶超高斯分布时的三倍频器进行了优化,三倍频转换效率达80%,此时具有较大的动态范围和较高的三倍频转换效率。     

大口径元件反射率的镜面扫描精密测量系统

 为了测量高功率激光传输系统中大口径高反射率元件，研制了一种镜面扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理，分析了影响系统测量精度的因素，理论上估算的测量精度为2×10^-5。在直腔下对该系统的性能进行了实验测试，分析表明，系统的测量不确定度优于2.052 28×10^-5，最大测量误差为3.554 04×10^-5，与理论预计结果吻合较好。对大口径元件进行的多次实验扫描测试，结果显示，镀膜加工误差导致反射率分布是关于镜面中心呈旋转对称。该系统的使用大大简化了元件表面反射率分布的测量。     

Raman gains of ADP and KDP crystals

In this paper, the Raman gain coefficients of ammonium dihydrogen phosphate(ADP) and potassium dihydrogen phosphate(KDP) crystals are measured. By using a pump source of a 30-ps, 532-nm laser, the gain coefficients of ADP and KDP are 1.22 cm/GW, and 0.91 cm/GW, respectively. While for a 20-ps, 355-nm pump laser, the gain coefficients of these two crystals are similar, which are 1.95 cm/GW for ADP and 1.86 for KDP. The present results indicate that for ultra-violet frequency conversion, the problem of stimulated Raman scattering for ADP crystal will not be more serious than that for KDP crystal. Considering other advantages such the larger nonlinear optical coefficient, higher laser damage threshold,and lower noncritical phase-matching temperature, it can be anticipated that ADP will be a powerful competitor to KDP in large aperture, high energy third-harmonic generation or fourth-harmonic generation applications.     

Effect of concentration of Er3+ ions on ultra-large index of refraction via atomic coherence in Er3+: YAG crystal

A four-level system is proposed to produce large index of refraction accompanied by vanishing absorption in the Er^{3+}-doped yttrium aluminium garnet (YAG) crystal. It is found that the high index of refraction with zero absorption can be provided by adjusting the incoherent pumping, the coherent field, as well as the concentration of Er^{3+} ions in the crystal. Furthermore, the value of the incoherent pump to achieve the high index of refraction with zero absorption is greatly changed with increasing the concentration of Er^{3+} ions in the crystal. This indicates that the effect of concentration on the high index of refraction with zero absorption cannot be neglected.