KDP晶体激光损伤机理研究

大口径KDP晶体是唯一可用作激光约束核聚变(ICF)中Pockels盒和倍频器件的晶体材料,但是低的抗激光损伤阈值使其应用受到了限制.本文从电子-空穴对的产生及稳定机制、光伤实体的本质等方面总结了多年来人们对KDP晶体激光损伤机理的研究进展,尤其从多光子电离、碰撞电离、激光加热三个方面定性阐述了电子-空穴对的产生机制, 而电子-空位对的稳定机制是探讨光损伤的关键步骤.另外从晶体生长过程及后处理两个方面初步讨论了提高光伤阈值和光学均匀性的途径.     

Ca^2＋对KDP晶体的光损伤阈值的影响

Ca2 是KDP原料中一种常见的杂质离子,这种杂质不仅会影响晶体的生长过程,而且会加重晶体的光散射.通过传统降温法和点籽晶快速生长法生长不同Ca2 掺杂浓度的KDP晶体样品,对样品进行激光损伤实验,结果表明,Ca2 的存在降低了KDP晶体的光损伤阈值,其原因主要在于Ca2 掺杂导致晶体内部缺陷增多,内应力增加以及晶体中的散射颗粒密度增大使晶体光吸收加重.     

Yb:GdVO4晶体的光谱及激光损伤阈值

采用提拉法(Czochralski)生长出优质的GdVO4和Yb:GdVO4晶体,其中纯GdVO4晶体具有较高的透过率,可达81;.晶体在室温下的偏振吸收光谱与非偏振荧光光谱表明,Yb:GdVO4晶体是一种具有较大的吸收半峰宽和荧光半峰宽的激光晶体,分别为44～52nm和40～46nm;随着掺杂浓度增大,π偏振吸收系数呈现饱和趋势,且荧光峰的位置出现了红移.此外,还采用Nd:YAG激光器测试了晶体的激光损伤阈值,实验表明,随着Yb3+掺杂浓度从4.1at;增加到22.9at;,激光损伤阈值也相应地从19.9×109W/cm2逐渐减小到2.79×109W/cm2.     

大尺寸KDP/DKDP晶体的非线性吸收研究

大口径KDP/DKDP晶体可用作激光约束核聚变(ICF)中Pockels盒和倍频器件的晶体材料.但是在强激光脉冲下,非线性光吸收限制了激光输出的能量密度和晶体的应用.本文利用Z-扫描技术,测量了大口径KDP和DKDP(70;氘含量)晶体样品在皮秒激光波长λ=1064 nm,532 nm下的非线性吸收曲线,获得相应的非线性吸收系数β.研究表明,在λ=532 nm时,KDP晶体的非线性吸收系数β介于0.0124～0.1591 cm/GW之间,Ⅰ类DKDP(70;氘含量)的非线性吸收系数β为0.0920 cm/GW;当λ=1064 nm时,KDP和DKDP(70;氘含量)都未测量到非线性吸收.晶体的非线性吸收可能与波长、晶体的切向等有关.     

退火条件对KDP晶体光学质量的影响研究

本文在不同退火温度和时间下对KDP晶体进行退火实验,并对其光学质量进行了测试和分析.实验表明:合适的退火条件可以增加晶体的透过率、提高光学均匀性、减少散射颗粒,其中160℃为KDP晶体最佳退火温度.在相同的退火温度下,延长退火时间能够更好地提高晶体的光学均匀性和结构完整性.在160℃下退火48h能够使晶体的光损伤阈值提高28;,退火240h能够提高40;以上.     

溶液连续过滤快速生长KDP晶体及其品质分析

设计溶液实时连续过滤装置用于降温法快速生长KDP晶体.采用高亮度激光照射分析对比晶体内部的散射点密度,以同步辐射为光源的X射线形貌成像技术探测晶体内部的生长缺陷,并测定晶体三倍频激光(355 nm)的损伤阈值.实验结果显示,溶液连续过滤法生长的KDP晶体中包裹体和位错的密度明显降低,晶体的激光损伤阈值提高了30%.     

KDP晶体超声辅助磨削的亚表面损伤研究

通过采用角度抛光和逐层抛光法以及择优化学腐蚀,对基于超声辅助磨削的KDP晶体试件进行亚表面损伤形式观察以及损伤深度检测,以便为后续加工提供指导.损伤检测实验表明:在超声辅助磨削工艺条件下,亚表面损伤以与磨粒运动方向平行的中位裂纹为主,且裂纹间距具有一定的规律性;亚表面损伤深度为19～48 μm,磨头形状(有无倒角)较之磨头磨粒粒度对亚表面损伤深度具有更大的影响,使用有倒角的磨头可得最小亚表面损伤.     

KDP晶体体缺陷和损伤的观测方法研究

采用激光散射诊断法和显微镜相衬法对磷酸二氢钾(KH2PO4、KDP)晶体中的缺陷和损伤进行观测,发现散射法可以对晶体中的缺陷和损伤进行灵敏观测,并可以即时判断损伤;而显微镜相衬法可以对损伤形貌清晰观测,两种方法结合使用可以更好地观测晶体的缺陷和损伤并有助于了解晶体损伤的机理.     

快速生长KDP晶体的光学性质研究

本文研究了快速生长的KDP晶体光学性质,结果表明快速生长的KDP晶体的光学性质低于传统降温法生长的晶体,原料中阴离子杂质的存在是造成这一结果的主要原因,确保快速生长晶体质量的首要条件是提高原料的纯度.     

Influence of Dislocations in KDP Crystals on Laser Damage Threshold

The dislocation density in KDP crystals has been determined by X-ray diffraction topography (LANG method). A method for determining the laser damage thresholds in dependence on dislocation density is described. It is found that dislocations with a density about 10³ cm⁻² reduce the laser damage threshold up to a factor of two compared with perfect regions. It is shown that experimentally measured damage results can be explained theoretically.     

KDP/DKDP晶体生长的研究进展

采用传统降温法,KDP晶体的生长速度一般在1～2 mm/d,DKDP晶体的生长速度甚至更慢,并且晶体的恢复区域较大,利用率低;而采用快速生长法,晶体的生长速度可以提高到20～50 mm/d,并且晶体的恢复区域小,利用率高.本文回顾了KDP/DKDP晶体生长的研究进展.并重点评述了KDP/DKDP晶体快速生长的研究进展,报道了近年来大尺寸、高质量KDP晶体的研究动态.     

Scatter Centers in Rapidly Grown KDP Crystals

Scatter centers in rapidly grown KDP crystal were detected with Ultra‐microscopy and TEM. The results have been compared with those obtained from traditional technique. In this paper, the difference is shown and a corresponding mechanism is proposed and discussed.     

系列铌酸锂晶体在电光调Q激光系统中的激光损伤性能研究

搭建了一套1064 nm波段的电光调Q激光系统,并对其能量、脉宽、光斑质量等进行了表征.在该激光系统环境中分别测试了扩散法制备的掺杂1 mol;氧化镁的近化学计量比铌酸锂(Mg1 SLN)晶体、名义纯同成分铌酸锂晶体(CLN)及掺杂5mol; MgO的铌酸锂(Mg5LN)晶体的激光损伤性能.结果 表明,在该调Q激光工作环境下,当波长1064 nm;脉宽为9.8 ns、频率为1 Hz时,Mg1 SLN晶体、Mg5 LN晶体和CLN晶体多个测试点发生激光损伤时对应的功率密度的平均值分别为1141 MW/cm2、874 MW/cm2和651 MW/cm2.     

生长温度对KDP晶体光学性质影响的研究

用降温法在不同的温度下快速生长KDP晶体,并测量其透过光谱、光学均匀性、金属杂质含量和光散射性能.结果表明随着生长温度的提高,KDP晶体的紫外光吸收和光散射点密度明显降低,但均匀性和杂质金属离子含量并无明显变化.