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。     

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。     

夹持方式对KDP晶体三倍频转换效率的影响

 针对压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式进行理论建模和数值计算分析,并讨论了不同夹持方式的优缺点及其对KDP晶体面形和三倍频转换效率的影响。研究结果表明：晶体面形形变对高斯光束三倍频转换效率的影响明显小于平面波时的情况。当入射基频光光强为6 GW·cm^-2时,对于平面波的情况,压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式3种夹持方式相对于不考虑夹持作用时的三倍频转换效率分别减小7.5%,9.0%和7.2%;对于高斯光束的情况,三倍频转换效率分别减小了1.3%,1.0%和1.5%。     

夹持方式对KDP晶体三倍频转换效率的影响

针对压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式进行理论建模和数值计算分析,并讨论了不同夹持方式的优缺点及其对KDP晶体面形和三倍频转换效率的影响。研究结果表明：晶体面形形变对高斯光束三倍频转换效率的影响明显小于平面波时的情况。当入射基频光光强为6 GW·cm-2时,对于平面波的情况,压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式3种夹持方式相对于不考虑夹持作用时的三倍频转换效率分别减小7.5%,9.0%和7.2%;对于高斯光束的情况,三倍频转换效率分别减小了1.3%,1.0%和1.5%。     

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).     

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。     

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。     

晶体面形畸变对三倍频转换效率的影响

在惯性约束聚变（ICF）领域,为了满足物理实验需求,需要采用短波长的紫外激光打靶。目前,国内外高功率固体激光装置普遍采用谐波转换的方式来获得三倍频紫外激光。高效的频率转换必须满足相位匹配条件,而晶体的反射面形畸变过大对准直精度和倍频效率均匀性都会产生不利影响。通过实验验证了晶体准直光斑的质量退化主要来源于晶体因夹持和重力导致的反射面形畸变,证明了改进晶体的夹持方式可以有效改善晶体面形,提高准直精度和准直光斑质量,并显著提升三倍频转换效率。     

夹持方式对频率转换KDP晶体面形的影响

 针对惯性约束聚变（ICF）系统中大口径超薄KDP晶体在不同夹持和不同姿态下的面形变化,采用有限元分析软件ANSYS,建立了大口径超薄KDP晶体在不同夹持和不同姿态下的应变模型及其边界条件的确定方法,计算了四周简支正面点力、四周固支正面压条、四周简支侧面点力、四周固支侧面压条4种夹持方式在30°和垂直姿态下大口径超薄KDP晶体的面形变化,并给出了面形变化的P-V值和RMS值。在此基础上,通过对不同夹持和不同姿态下KDP晶体面形变化的分析和比较,给出了四周固支正面压条是引起晶体面形变化相对较小的夹持方式的结论。     

夹持方式对频率转换KDP晶体面形的影响

针对惯性约束聚变（ICF）系统中大口径超薄KDP晶体在不同夹持和不同姿态下的面形变化,采用有限元分析软件ANSYS,建立了大口径超薄KDP晶体在不同夹持和不同姿态下的应变模型及其边界条件的确定方法,计算了四周简支正面点力、四周固支正面压条、四周简支侧面点力、四周固支侧面压条4种夹持方式在30°和垂直姿态下大口径超薄KDP晶体的面形变化,并给出了面形变化的P-V值和RMS值。在此基础上,通过对不同夹持和不同姿态下KDP晶体面形变化的分析和比较,给出了四周固支正面压条是引起晶体面形变化相对较小的夹持方式的结论。     

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。     

利用Mach-Zehnder干涉仪测量晶体的折射率与光学均匀性

本文介绍了利用Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ干涉仪测量平板状透明介质折射率的方法，给出了测量公式，分析了各种测量误差以及可能达到的测量精度。通过对纯质ＬｉＮｂＯ３晶体片的折射率ｎｅ的测量，证实了该方法的可行性，并表明其特别适合于高折射率的各向异性晶体片折射率的测量。     

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。     

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。     

高峰值功率KDP晶体四倍频266 nm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266 nm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 1064 nm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1 Hz时,获得脉宽6.0 ns,单脉冲能量35 mJ的266 nm紫外激光输出,峰值功率高达5.83 MW;当重复频率10 Hz时,获得单脉冲能量28.9 mJ的266 nm紫外激光。532~266 nm转换效率最高可达31.9%。利用该高峰值功率、窄脉宽266 nm紫外激光器,能够实现激光打标、激光雕刻。     

光折变晶体钛酸秘的折射率和光学均匀性的测量

本文报导光折变晶体钛酸铋的折射率和光学均匀性的测量结果。     

硼酸对KDP晶体光学特性的影响

生长了不同硼酸掺杂浓度的KDP晶体,用超显微镜了晶体内部的散射颗粒,检测了晶体的光损耗和透过率特性。实验结果表明,较高浓度的硼酸对KDP晶体的光学均匀特性有较大影响,并使晶体具有显著的旋光性和波片效应。     

生长条件对KDP 晶体激光损伤阈值的影响

研究了各种生长条件对晶体激光损伤阈值的影响, 发现提纯原料用的EDTA对晶体的光损伤阈值没有显著的影响, 溶液陈化能够降低晶体的散射强度,从而使光损伤阈值提高。多磷酸盐阻碍晶体锥面生长, 影响晶体的生长习性, 并降低晶体的激光损伤阈值。     

折射率线性调制晶体中的稳态倍频研究

从麦克斯韦方程出发,推导了折射率线性调制介质内的平面波倍频耦合波方程,并给出了稳态耦合波方程的小信号解。由菲涅耳函数所描述的小信号解给出了不同于典型sinc函数的失谐函数结构。分析结果表明,折射率线性调制晶体相对于普通非线性晶体具有更大的匹配带宽,从而拥有更大的可接受温度和匹配角以及光谱带宽;然而这种带宽的增加是以牺牲整体的转换效率为代价的。值得关注的是通过选取特定的折射率调制参量可使失谐函数平坦化,这降低了倍频晶体对于由环境温度、机械结构等原因造成的工作点漂移的灵敏度。通过高转换效率下的数值模拟发现,失谐函数特性仍与低转换效率下的基本结论相符,只是在数值上略有不同且依赖于耦合强度。