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。     

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。     

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。     

退火温度对KDP晶体光学均匀性的影响研究

 研究了磷酸二氢钾（KDP）晶体热退火前后光学均匀性的变化，发现适当温度下退火可以降低KDP晶体的内应力，提高晶体的消光比，从而提高晶体的光学均匀性。实验证明，50℃下退火即可消除部分内应力，110℃下退火可以消除生长鬼影和鬼线。但是,退火温度太高（如170℃）,也可能使晶体的均匀性降低。     

KDP晶体金刚石车削参数对晶体雾化的影响

安装在高功率激光系统中的KDP晶体,其表面质量是一个很重要的问题。单点金刚石车削是唯一获得透射波前误差和激光损伤阈值的方法,尤其是在紫外UV波段。KDP晶体表面雾化与金刚石车削参数有关。研究金刚石车削参数主要是为了提高KDP晶体的频率转化效率。研究结果表明,在金刚石切削中使用一种纯净的切削油和适宜的加工参数能大大地减少晶体表面的雾化。     

KDP晶体台阶生长动力学的激光干涉实验研究

采用迈克尔逊干涉技术 ,通过测量KDP晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性 .实验表明 ,KDP中不同活性位错的台阶动力学系数差异较大 ,例如高活性和低活性台阶动力学系数分别为 10 .3× 10 -2 和 5 .2 1× 10 -2 cm/s,位错源在晶体表面的形状、面积的变化 ,以及Burgers矢量的变化是造成晶体生长动力学测量数据重复性差的主要原因     

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.     

Optical properties of elements prepared from different parts of rapidly grown KDP and DKDP crystals

Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 55, No. 3, pp. 462–466, September, 1991.     

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。     

杂质对KDP晶体光学质量的影响

 研究了几类可能出现在KDP晶体的生长溶液中的有机物杂质和无机阴离子杂质基团对KDP晶体散射、透过率、光损伤阈值等光学质量的影响，结果表明，不同种类的杂质的影响并不相同，造成这一结果的根本原因在于杂质离子的结构及其与晶体表面原子成键能力的不同。     

Lattice variation and thermal parameters of gel grown KDP crystals added with some ammonium compounds

Pure and impurity added (with NH₄Cl, NH₄NO₃, NH₄H₂PO₄, and (NH₄)₂SO₄) KDP single crystals were grown by the gel method using silica gels. X-ray diffraction data were collected for powder samples and used for the estimation of lattice variation and thermal parameters like Debye-Waller factor, mean-square amplitude of vibration, Debye temperature and Debye frequency. The thermal parameters do not vary in a particular order with respect to impurity concentration. The results obtained are reported and discussed.     

KDP晶体本征中性点缺陷的第一性研究

 用第一性原理研究了KH2PO4(KDP)晶体中性本征点缺陷的形成能并计算了常温下点缺陷的浓度。计算得到中性填隙氢原子的形成能为2.05 eV,进而得到298 K下的浓度约为1.21×10^-17 mol/L。由于填隙氢原子在带隙中形成缺陷能级,并使能隙降低了2.6 eV, 因此消除填隙氢原子有利于提高晶体在355 nm附近的激光损伤阈值。计算得到的氧间隙、氧空位、钾空位和氢空位的形成能分别为0.60、5.25、6.50 和6.58 eV,常温下它们在晶体中也以较高的浓度存在。钾空位使晶胞体积增大约3.2%,并可能提高晶体电导率,从而降低光损伤阈值。P取代K的反位结构缺陷形成能尽管较低(4.1 eV), 但由于晶体生长溶液中P是以PO4四面体的形式存在,故此点缺陷的存在几率很小。     

KDP和尿素晶体电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对KDP(KH₂PO₄)和尿素(CH₄N₂O)晶体的能带结构、电子态密度、电荷差分密度以及布局分析进行了计算讨论.结果表明:尿素晶体中的C1-O1、C1-N1、N1-H2和N1-H1键都具有共价键特性,带隙值为4.636 eV,价带顶主要由H-1s与N、O的2p态贡献,导带底主要是H-1s与C、N、O的2p态贡献;KDP晶体的H1-O1键具有离子性而P1-O1则具有共价性,带隙宽度为5.713 eV,价带顶主要由O-2p以及P-3p贡献,导带底主要由H-1s、P-3s和3p以及K-4s和3p态贡献.     

热退火对KDP晶体损伤阈值的影响（英）

研究了不同退火温度下磷酸二氢钾（KDP）晶体的透过光谱和损伤阈值的变化。发现热退火对晶体的透过光谱没有影响,退火温度分别为140 ℃和160 ℃时晶体的损伤阈值没有明显变化。但是在150 ℃下,晶体的损伤阈值提高了约1.4倍。实验证明150 ℃下的热退火对提高晶体的损伤阈值效果最好。     

偏磷酸盐掺杂对KDP晶体生长与光学性能的影响

研究了KDP晶体中散射颗粒形成的一种机理。掺杂微量偏磷酸盐即可使KDP晶体中出现散射颗粒，随着掺杂浓度提高，散射颗粒密度增大。散射颗粒形成的原因在于偏磷酸根具有PO4四面体端基，在晶体生长时容易被生长晶面吸附进入晶格。偏磷酸盐掺杂影响了晶体的光学性能，晶体的光损伤阈值也明显地爱到掺杂的影响。     

Determination of forced convection parameters by interferometric imaging of the concentration field during growth of KDP crystals

Growth of a potassium dihydrogen phosphate (KDP) crystal from its aqueous solution has been considered under forced convection conditions. The KDP crystal is grown in a conventional top hanging geometry. Forced convection conditions are created by rotating the crystal about a vertical axis. The rotational RPM is varied in a cycle, creating an accelerated rotation (AR) paradigm. The effect of varying the rotational RPM on the concentration field around the crystal was investigated. Mach-Zehnder interferometry was adopted as an optical technique to image the evolving concentration fields. Six different experiments were performed to obtain the specific set of time periods and rotation rates of the acceleration cycle that result in a uniform concentration field around the growing crystal. The Reynolds number, an index of the strength of forced convection, was optimized through the experiments. The optimized parameters of the accelerated rotation cycle were found to be as follows: maximum rotation rate of 32 RPM, spin up period=40 s, spin down period=40 s, steady period=40 s, and stationary period=40 s. The parametric study further revealed that concentration was highly sensitive to the maximum rotation rate adopted during the AR cycle. It did not depend crucially on the time periods that could be varied by as much as ±25% around the respective average values. Finally, a KDP crystal was grown using the optimized forced convection parameters and the crystal quality was found to be good.     

用第一性原理研究K空位对 KDP晶体激光损伤的影响

 用基于密度泛函理论及超软赝势的第一性原理研究了KH­­­₂PO₄(KDP)晶体中K空位的电子结构、形成能及驰豫构型。讨论了K空位形成后电荷密度的重新分布、相应的电子态密度和能带结构等性质。计算得到中性K空位的形成能为6.5 eV, 远小于间隙K原子点缺陷形成能13.07 eV。K空位的存在使晶胞体积增大, 分别沿结晶学轴a方向增大近0.8%, b方向增大近0.87%, c方向增大近1.2%,同时使与之配位的8个氧原子发生较大位移,使这8个氧形成的空腔体积增大近3.2%。空腔体积的增大不仅促进了各种点缺陷的扩散迁移,而且有利于其它杂质原子的填隙。K原子迁移率的增大会引起离子电导率的增大,因而会降低KDP的激光损伤阈值,因此从这个方面讲,K空位的存在是不利的。但是如果能从实验上（如热退火）利用K空位所造成的扩散通道排出或改善缺陷结构,则可提高KDP晶体的光学质量。     

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。     

第一性原理研究KDP晶体中Ba取代K点缺陷

 用基于第一性原理的CASTEP模拟了Ba替代K缺陷前后形成的电子结构和能态密度。发现晶体能带宽度降至6.4 eV左右,对应着380 nm的双光子吸收,这一结果可以解释掺Ba晶体在紫外波段的吸收现象。Ba替代K点缺陷仅使其周围的晶格及电子结构发生轻微畸变,对晶体整体结构影响不大。     

KDP晶体前表面修复轮廓的光强调制能力影响

在高功率激光系统中,精密微机械修复是减缓磷酸二氢钾（KDP）晶体表面缺陷增长的有效方法,使用精密微铣削机床可以加工出球面型与高斯型修复轮廓。为得到最优的修复结构参数,建立了晶体前表面球面型与高斯型修复轮廓的电磁场有限元模型,通过改变轮廓的宽度、深度等参数,对两种修复轮廓的光强调制能力进行对比研究。仿真结果表明光强调制能力主要是由修复轮廓的衍射效应及入射光在修复界面处的二次入射所引起的干涉作用共同决定;针对初始损伤点,建议采用宽深比大于5的修复轮廓,从而有效提高KDP晶体表面缺陷点的激光损伤阈值,对于宽深比大于10的修复轮廓建议选用高斯型;对宽1000 m,深20 m的两种修复表面的激光损伤实验表明,高斯型修复轮廓具有较高的抗损伤能力,实验与仿真结果相一致。