KDP晶体微纳加工表层杂质对其激光损伤阈值影响的有限元分析

 根据KDP晶体杂质附近的温度场及热应力场理论,分析了微纳加工表层杂质影响下晶体温度场及热应力场的分布情况,发现杂质离子对激光的强吸收作用是造成KDP晶体损伤的主要原因之一,也是影响KDP晶体激光损伤阈值的最主要因素。通过分析还发现杂质半径对晶体的激光损伤阈值也有影响,并得到一个有害的杂质半径,使得杂质吸收能量最多,温度最高。另外杂质种类及杂质含量的不同也会对晶体的激光损伤阈值产生影响。     

pH值对KDP晶体中散射颗粒的影响

 探讨了不同pH值对KDP晶体散射颗粒的影响。结果表明，不同pH值生长条件下生长的KDP晶体中散射颗粒的尺寸、密度呈现明显差异，pH值为5.5条件下KDP晶体中散射颗粒尺寸明显变大，分布稀疏；pH值为2.0时，散射颗粒密度高，尺寸小。其原因在于形成散射的杂质颗粒的存在形式不同。     

硫酸盐对KDP晶体质量的影响

 利用“点籽晶”快速生长技术生长了掺杂硫酸钾（K₂SO₄）的磷酸二氢钾（KDP）晶体，并对硫酸根类杂质离子对晶体的结构及光学质量的影响进行了研究。结果表明：在掺杂相对含量为50×10^-6条件下，K₂SO₄开始对KDP晶体产生一定影响，主要表现在不同扇形区域的结构略有改变，其原因主要在于硫酸根与KDP晶体各扇形结构有关；杂质粒子对晶体透过率、单轴性没有明显影响，但是热膨胀系数增大，光损伤阈值略有降低。     

夹持方式和加工误差对大口径薄型KDP晶体附加面形的影响

惯性约束聚变频率转换系统中,大口径薄型KDP晶体的面形质量是影响频率转换效率能否达到设计要求的关键因素之一。针对45放置状态下口径为400 mm400 mm的三倍频KDP晶体,采用ANSYS有限元分析软件,建立了不同夹持方式和具有不同加工误差的KDP晶体模型和夹具模型,分析了加工误差对不同夹持方式下KDP晶体附加面形的影响,给出了不同加工误差和不同夹持情况下,KDP晶体附加面形的P-V值和RMS值。研究结果表明,夹持方式和加工误差是引起KDP晶体附加面形变化的重要因素,正面压条夹持方式即使在晶体和夹具存在加工误差时也可以较好地控制晶体的附加面形。     

季氨盐对KDP晶体的光学特性影响

 生长了不同季氨盐掺杂浓度的KDP晶体，其锥光干涉实验显示了晶体的内应力引起的双折射和双轴晶特性较明显。透过率特性的实验结果表明，不同浓度的季氨盐对KDP晶体的光学均匀性有较大影响。报道了掺季氨盐0.001%的KDP晶体的异常光学透过率特性以及晶体具有三维变化的波片效应和旋光特性。     

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。     

加工误差引入的薄型KDP晶体附加面形

针对惯性约束聚变（ICF）驱动装置中口径为400 mm400 mm薄型频率转换KDP晶体在45放置状态下产生的附加面形问题,采用有限元分析软件ANSYS,建立了以实测数据为基础的大口径薄型KDP晶体的应变模型和有加工误差的夹具模型,仿真分析了KDP晶体的加工误差和夹具的加工误差对KDP晶体附加面形的影响, 给出了KDP晶体附加面形变化的P-V值和RMS值。在此基础上,通过对KDP晶体的加工误差及夹具支撑表面不同类型和不同大小加工误差的分析和比较,得出:KDP晶体边缘的加工误差和夹具支撑表面的凹型加工误差是引起较大附加面形的原因之一,KDP晶体的加工误差也会导致其面形变化不均匀,而夹具支撑表面的凸型、波浪形加工误差和压条表面的随机加工误差对KDP晶体附加面形的影响相对较小,且支撑表面的随机加工误差引起的附加面形变化介于其他两者之间。     

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。     

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。     

氘化对KH2PO4晶体微观缺陷影响的正电子湮没研究

采用传统降温法从不同程度氘化(x=0, 0.51, 0.85)的生长溶液中生长氘化KH₂PO₄(KDP) 晶体, 利用正电子湮没技术(正电子寿命谱和多普勒展宽谱)、结合X射线衍射谱(XRD) 结构分析, 对KDP晶体氘化生长的微观缺陷进行了研究, 讨论了氘化程度对晶体内部微观结构特性、缺陷类型和浓度的影响. XRD结果显示晶胞参数a, b值随氘含量的增加而增加, c值无明显变化; 正电子寿命谱结果发现随着氘化浓度的提高, KDP晶体内部中性填隙缺陷以及氧缺陷不断增加, 引起晶体晶格畸变; 氢空位、K空位、杂质替位缺陷不断发生缔合反应形成复合缺陷, 缺陷浓度不断减少; 团簇、微空洞等大尺寸缺陷也在不断发生聚合反应, 缺陷浓度表现为不断减少. 多普勒实验结果表明随着氘化程度的提升, 晶体内部各类缺陷表现为同步变化. 实验结果表明, KDP晶体在低浓度氘化生长(50%以内)下缺陷反应较弱, 而在高浓度氘化(50%以上)下的缺陷反应显著增强.     

Effect of organic dyes on the dielectric properties of KH<Subscript>2</Subscript>PO<Subscript>4</Subscript> crystals

The effect of organic dyes on the dielectric properties of KH₂PO₄ (KDP) crystals is studied over a wide range of temperatures. The dielectric properties of KDP crystals doped with molecules of the Chicago Sky Blue and Amaranth organic dyes are investigated for the first time. The dye molecules can be incorporated into the crystal lattice of KDP and selectively paint the pyramidal growth sectors of the crystal. The influence of dye organic impurities on the domain contribution to the permittivity is analyzed with due regard for the sectoral crystal structure. It is demonstrated that, upon doping of KDP crystals with organic dyes, the blocking effect of background impurities on domain walls is substantially weakened in the prismatic growth sector of the crystal in the polar phase. This leads to a noticeable change in the dielectric properties, specifically to an increase in the domain contribution to the permittivity of the crystal.     

Heterogeneous growth of KDP/KT crystal

The growth of heterogeneous crystal has aroused a great deal of interest in recent years. In this study, KH_2PO_4(KDP)/KTaO_3(KT) heterogeneous crystal is acquired based on the KT substrate. Here, we report the observation of the oriented layer-by-layer structure in KDP/KT composite crystal by scanning electron microscopy(SEM). The structure of KDP/KT composite crystal is accurately identified by transmission electron microscopy(TEM) for the first time and we find that the KT crystals dope into KDP crystal in the growth process with the mode of doping. It can be obtained from the analysis of crystal structure that the structure difference leads to the doping growth mode. Our research demonstrates a facile method to fabricate a composite nonlinear optical crystal based on KDP/KT heterostructure, and might shed light on potential applications of the composite nonlinear optical crystal.     

Effect of S Substitution for P Point Defects in KDP Crystals： First-Principles Study

The electronic structure and geometric distribution of phosphor replaced by sulfur in potassium dihydrogen phosphate （KDP） are investigated by first-principles calculations. The point defect narrows down the energy gap to about 4.9eV, corresponding to a two-photon absorption of 355nm after correction. This can explain the decrease of the laser damage resistance in KDP crystals. Moreover, the defects twist the crystal structure and weaken bonds, especially the O-H bonds, so these bonds may be the first sites to crack under laser irradiation.     

KDP晶体固-液界面吸附行为的分子模拟研究

通过构建晶体表面-KDP分子界面吸附结构模型, 采用分子动力学和密度泛函计算方法研究KDP分子在(001)和(010)面吸附的物理化学过程, 考察了温度对物理吸附行为的影响. 研究表明: KDP晶体表面的吸附过程和生长习性主要由化学吸附主导, 化学吸附能的计算表明[K-O₈]基元在(001)界面的结合能是(010)界面结合能的2.86倍; 在饱和温度附近, [H₂PO₄]^-阴离子在KDP界面的物理结合能随温度的变化呈现振荡特征, 溶液中有较多的离子团簇形成, 溶液变得很不稳定; 当温度从323 K降低至308 K时, 水分子在界面的结合能总体呈下降趋势, 而KDP分子在界面的吸附能总体呈上升趋势, 脱水过程是水分子和[H₂PO₄]^-阴离子在固液界面边界层竞争吸附的结果. 研究结果对确足晶体生长界面动力学过程发展和完善晶体生长理论有重要意义. 关键词： 分子动力学 双层结构模型 结合能     

Effect of spatial refractive-index nonuniformities existed in a large-scale rapid growth KDP crystal on third-harmonic conversion

Effect of spatial refractive-index nonuniformities existed in a large-scale rapid growth KDP crystal (a type I frequency doubler at the wavelength of 1053 nm) on third-harmonic conversion is studied. Spatial refractive-index nonuniformities due to imperfections in the crystal structure which prohibit the attainment of phase matching at all locations in the crystal are measured with the orthogonal polarization interferometry technique. And a third-harmonic conversion experiment is conducted on a large-scale facility to investigate the influence of refractive-index nonuniformities on conversion efficiency and third-harmonic beam nearfield. According to the experimental results, refractive-index nonuniformities in this large-scale rapid growth KDP doubler do not reduce the third-harmonic conversion efficiency, but affect the third-harmonic beam nearfield.     

高平均功率开关晶体热力学特性有限元分析

 基于有限元数值方法，就不同的光强分布模型以及电光晶体固定或自由的边界条件，模拟分析了KDP，DKDP，LiNbO₃，BBO开关晶体材料在高平均功率激光负载下的热力学特性。结果表明:激光作用数s后，温升分布基本与光强分布一致；晶体表面的最大轴向位移和最大拉应力随光斑填充因子增大而增大;晶体的力学边界约束对最大轴向位移及最大拉热应力的影响随着光斑填充因子的增大而增强;在相同的入射激光光源及相同的边界条件下,KDP上的温升最大，热畸变最严重，DKDP次之，而LiNbO₃和BBO具有较低的温升值或较低的热形变和热应力。     

Morphology control of KDP crystallites

The actual crystal morphology is synergistically determined by atomic interactions between the crystal surface, growth units and additives in the mother solution. Our present results microscopically show that the ideal crystal morphology is greatly determined by intrinsic characteristics such as the bond number, direction and strength in the crystallographic frame, while ethanol molecules in the mother solution can intensively affect the crystal size and aspect ratio of potassium dihydrogen phosphate (KDP). Some quantitative analyses concerning the addition of ethanol to the KDP solution are also described.     

Dielectric and polarization properties of KH<Subscript>2</Subscript>PO<Subscript>4</Subscript> single crystals doped with Li,Na, and NH<Subscript>4</Subscript> impurities

The dielectric and polarization properties of potassium dihydrogen phosphate (KDP) single crystals doped with Li, Na, and NH₄ impurities have been investigated in the temperature range 70–150 K. It is found that the domain freezing temperature in the lithium-containing sample exceeds that for nominally pure KDP. Disappearance of freezing is observed in the ammonium-doped crystal.