磺酸水杨酸二钠晶体的非线性光学性质

报导一种新的非线性光学材料——磷酸水杨酸二钠(简称DSS)晶体,用水溶液降温法得到光学质量优良的大单晶。X射线衍射法测定晶体属正交晶系,点群为mm2。透射光谱在370～1300nm范围内,测量了不同波长的主折射率和有效倍频系数。计算出相位匹配角φ_Ⅰ,φ_Ⅱ,得到DSS晶体相对于KDP晶体d_(36)的d_(31)和d_(32)值。倍频效率约为KDP晶体的3.5倍,光损伤阈值大于200MW/cm~2。晶体的抗潮解性能比KDP型晶体稍好,所以用DSS晶体制作1.06μ激光器的倍频元件有一定的使用价值.     

使用基团理论计算KB_5O_8·4H_2O晶体的倍频系数

本文使用基团理论计算KB_5O_8·4HO_2O(简称KB5)晶体的倍频系数,得到d_(31)=2.61×10~(-10)esu,d_(32)=007×10~(-10)esu,d_(33)=3.26×10~(-10)esu,与实验值符合较好。计算结果表明:氢键对KB5晶体的倍频系数有影响。本文还分析了KB5晶体倍频系数小的起因,除去[B_5O_6(OH)_4]~(-1)基团的微观倍频系数小外,还在于基团的空间排列方式不利,导至最大的微观倍频系数X_(123)相互抵消。最后,本文提出了在含四配位硼原子的硼氧化合物中寻找倍频新材料的结构判据。     

非线性晶体中的非共线谐波

根据在非线性晶体中非共线谐波有效产生的相位匹配条件,导出了基波共线和非共线时可能产生的谐波环的解析表达式,给出了谐波环的大小与基波在晶体中传播方向的关系.对KDP和LiNbO_3晶体中的谐波环的变化进行了观测,实验结果与理论计算相符.     

KDP晶体拉曼散射角度特性

利用群理论详细分析了磷酸二氢钾(KDP)晶体的拉曼振动模式,得出了其拉曼振动模的归类。并采用拉曼光谱仪测量了Z切退火KDP晶体X(ZZ)珡X,Z(XY)珚Z和Y(XY)X三种散射配置和未退火KDP晶体Z(XY)珚Z配置下的拉曼光谱。根据拉曼选择定则得出X(ZZ)珡X,Z(XY)珚Z和Y(XY)X散射配置下的拉曼峰分别对应A1,B2(LO),B2(TO)对称类振动模,但在Z(XY)珚Z配置下的拉曼光谱中除了B2模,还观察到了A1模,而在Y(XY)X配置下的拉曼光谱中只有B2模,且退火和未退火晶体Z(XY)珚Z配置下的拉曼光谱无明显差别,此结果表明KDP晶体的对称性降低,在背向散射时A1模也具有角度特性,但与晶体的内应力无关,这是由KDP晶体内部结构决定的。     

KDP晶体中位错的研究

本文用化学腐蚀方法揭示了KDP晶体中(001)和(100)晶面上的位错蚀坑,观察测量了不同质量的晶体中位错的形态、类型、分布和密度,并简要讨论了位错的成因。 关键词：     

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.     

LiNbO_3晶体的CARS谱和CSRS谱

我们采用半经典处理方法,讨论了Polariton引起的级联效应,得到了总的三阶非线性极化率的公式.在几个不同的波长,对LiNbO_3及BNN晶体作了非共线偏振配置时CARS谱和CSRS谱的测量.利用理论公式对LiNbO_3的实验结果进行拟合,从而求得了晶体的双光子吸收系数.     

第一性原理研究Fe及其团簇缺陷对KDP和ADP晶体激光损伤的影响

由于金属杂质离子对晶体损伤性质有不容忽视的影响，受实验条件限制，Fe及其团簇缺陷对晶体的影响机制尚不明确。采用第一性原理的方法，对磷酸二氢钾(KDP)和磷酸二氢铵(ADP)晶体中的Fe及其团簇缺陷进行模拟研究，确定其对晶体结构及光学性质方面的影响。研究发现，Fe进入KDP和ADP晶体中主要以取代P原子形成FeO₄基团最稳定，且其稳定形式以Fe³⁺为主。磁性状态研究发现磁性条件对晶体的结构和能量影响不大，Fe对晶体的损伤主要通过引起200～300 nm范围明显的光学吸收影响损伤阈值。Fe进入晶体中形成团簇缺陷可通过电荷补偿与O空位(VO)复合，几乎不会与OH空位(VOH)复合，团簇缺陷以Fe对晶体结构和性质的影响为主。     

机械夹持状态下KDP晶体的热应力

从机械结构角度对机械夹持状态下吸收了高能激光束能量的磷酸二氢钾(KDP)晶体内部产生热应力的问题进行了研究。理论分析了KDP晶体吸收激光能量引起的温升,研究了机械夹持状态下KDP晶体内部热应力的生成机理。采用有限元方法对KDP晶体的温度分布和热应力分布进行了仿真计算,分析了夹持装置结构参数、预紧力、摩擦系数和弹性模量对热应力的影响。结果表明,夹持装置对KDP晶体的机械夹持作用是KDP晶体内部产生热应力的重要因素,热应力的大小与夹持装置的结构参数有关。     

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KDP晶体折射率非均匀性检测

KDP晶体的折射率不均匀性将导致光束的空间分布存在不同程度的相位失配,从而使得三倍频系统的转换效率下降。为了得到KDP晶体折射率非均匀性的高精度检测结果,基于正交偏振干涉法,采用ZYGO MST大口径干涉仪,测量得到了大口径KDP晶体折射率非均匀性分布,其测量精度达到10-7,并通过实验研究了晶体面形对测量结果的影响。对晶体e光折射率非均匀性的高精度检测,为大口径晶体材料生长工艺、加工工艺等改进和提高提供了定量的检测依据。     

中远红外非线性光学晶体研究进展

3—5μm和8—12μm波段中远红外激光,在国防和民用领域均具有广泛的应用,作为全固态激光频率转换系统的核心部件,非线性光学晶体需要不断地优化和发展.本文从红外非线性光学晶体材料组成角度出发,总结了几种具有重大应用前景的磷族化合物(ZnGeP_2,CdSiP_2)、硫属化合物(CdSe, GaSe, LiInS_2系列,BaGa_4S_7系列)以及准位相匹配晶体(OP-GaAs, OP-GaP)等中远红外波段非线性光学晶体的研究进展.     

利用高分辨X射线衍射研究磷酸二氢钾晶体晶格应变应力

采用高分辨X射线衍射技术对大尺寸磷酸二氢钾(KDP)晶体的晶格应变进行了测量,并定量分析了其晶格应力.探讨出KDP晶体容易沿着[001]方向发生开裂,与实际工作中的开裂现象相符合;进一步归纳总结了晶体生长过程中引入内应力而导致晶体开裂的主要因素.研究结果为提出相应的晶体防裂措施提供了重要的理论基础.     

KDP晶体受激拉曼散射特性

详细比较了磷酸二氢钾(KDP)晶体的自发拉曼散射和受激拉曼散射光谱,在受激拉曼散射(SRS)中观察到了自发拉曼散射中最强的振动模的三阶Stokes光(559.43,589.74,623.50nm),由于其他振动模的受激拉曼散射增益系数较小,其SRS光谱未观察到。另外,比较了传统生长的未退火和退火后的KDP晶体及快速生长的锥区和柱区KDP晶体的受激拉曼散射增益系数,结果表明生长方法和热退火对KDP晶体的受激拉曼散射增益系数无明显影响。     

高峰值功率KDP晶体四倍频266nm紫外激光器

报道了一种灯泵浦结构的Nd:YAG晶体电光调Q高峰值功率266nm紫外激光器。结合磷酸二氢钾(KDP)晶体性质,基于倍频理论,分析了考虑走离效应情况下存在相位失配量时KDP晶体长度对转换效率的影响。该激光器采用紧凑的平平腔结构,灯泵浦Nd:YAG晶体电光调Q 1064nm激光作为基频光,腔外采用Ⅱ类匹配磷酸钛氧钾(KTP)和Ⅰ类匹配KDP分别作为二倍频和四倍频晶体。利用能量计、示波器等仪器进行测量,激光器重复频率1Hz时,获得脉宽6.0ns,单脉冲能量35mJ的266nm紫外激光输出,峰值功率高达5.83 MW;当重复频率10Hz时,获得单脉冲能量28.9mJ的266nm紫外激光。532~266nm转换效率最高可达31.9%。利用该高峰值功率、窄脉宽266nm紫外激光器,能够实现激光打标、激光雕刻。     

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。     

腔内倍频法测量KDP类晶体损耗系数

 用腔内倍频方法测量无源腔内晶体吸收和散射共同作用带来的损耗,其特点是响应时间很短,约100ns,并具有很高的灵敏度（约10^-4）,可望应用于高功率激光照射下非线性光学晶体无损损伤以及快速损伤的研究。将测量KDP类晶体的损耗结果与文献资料作了比较。     

KDP晶体飞切加工表面缺陷的抑制方法

研究了磷酸二氢钾(KDP)晶体表面典型缺陷的形成原因及抑制方法。通过飞切加工及表面染色切削实验证明了成因分析结果的正确性,进一步明确了KDP晶体表面缺陷的形成过程。建立了适用于描述KDP晶体表面缺陷形成过程的理论模型,提出了获得无缺陷晶体表面的工艺条件。对飞切加工参数及刀具结构进行了优化,实验验证了缺陷抑制措施的有效性。研究结果表明,在飞切条件下,KDP晶体(001)晶面的脆塑转变(BDT)深度变化范围为125～268 nm,当沿45°方向切削时BDT深度最大,此时只要保证进给速率小于36.6μm/r即可避免在晶体表面形成凹坑。通过优化刀具结构,可消除晶体表面的凸起缺陷,有效抑制KDP晶体的表面缺陷,最终获得了粗糙度小于2 nm的光滑KDP晶体表面。     

KDP晶体的杂质与光学性能分析

 测量常规方法与快速方法生长的非线性光学KDP晶体紫外及近红外波段透射光谱性能,并测定了晶体不同生长区域杂质的含量,通过对实验结果的分析比较讨论了影响晶体紫外透过性能的因素;采用多脉冲平均方式测量了不同方法生长晶体在1 064nm及532 nm皮秒激光脉冲作用下的晶体损伤阈值,晶体的体吸收系数与晶体抗损伤能力的对应关系表明晶体内部的杂质与缺陷存在着明显的光吸收, 从而降低了晶体对高能量脉冲的负载能力。