Ⅰ类KDP和Ⅱ类DKDP晶体激光损伤机理及激光预处理特性研究

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KDP/DKDP晶体一直是人们最常用的一种电光晶体材料,且是唯一适用于当今高功率激光驱动惯性约束聚变装置中所使用的高通量激光负载材料;但倍频用的Ⅰ类KDP晶体和混频用的Ⅱ类DKDP晶体的激光损伤问题严重制约着高功率激光系统通量的提升。晶体生长过程中引入缺陷的特性是影响晶体损伤的关键因素,激光预处理技术也是提升晶体抗损伤性能的重要途径。本文围绕Ⅰ类KDP和Ⅱ类DKDP晶体在纳秒激光作用下激光损伤机理和激光预处理特性进行研究。具体开展了以下几方面的研究:  实验研究了激光诱导不同尺度散射缺陷的热学响应特性,并结合模型分析,反演了影响晶体激光损伤的缺陷特性,估算了缺陷的尺寸和吸收特性参数;明确了微米尺度/亚微米尺度散射缺陷分别是低/中等通量损伤诱导源,进而对生长工艺优化提供指导。  结合KDP晶体生长工艺控制,通过巧妙设计实验方案研究了KDP晶体材料激光损伤的缺陷尺度效应,发现Ⅰ类KDP材料的1ω激光损伤阈值随缺陷尺寸减小而增加;基于线性吸收热扩散模型对实验结果反演验证了Ⅰ类KDP材料中缺陷诱导激光损伤的尺寸效应,确认了Ⅰ类KDP材料的1ω激光损伤机理为吸收缺陷的热吸收,并进一步明确了影响Ⅰ类KDP晶体基频抗损伤性能的缺陷尺寸范围,为KDP晶体的连续过滤生长工艺优化控制,从而提升晶体抗损伤性能提供了关键参数指导和理论依据。  实验研究了Ⅱ类DKDP晶体的3ω激光损伤特性,3ω激光预辐照可降低Ⅱ类DKDP晶体吸收,并在一定程度内提高晶体材料的抗激光损伤能力;实验研究了Ⅱ类DKDP晶体的带隙和非线性吸收特性,确定了Ⅱ类DKDP晶体存在缺陷能级,缺陷能级诱导的多光子吸收过程可能是决定Ⅱ类DKDP晶体高通量激光损伤的关键过程;同时发现缺陷能级可被激光强度调控,这构成了Ⅱ类DKDP晶体激光预处理技术方案的理论基础,并且也得到了实验验证。  开展Ⅰ类KDP和Ⅱ类DKDP晶体的激光预处理技术和工艺研究,基于激光损伤机理认识,确定了Ⅰ类KDP晶体采用3ω激光预处理、Ⅱ类DKDP晶体采用亚纳秒激光预处理的方案;并基于抑制晶体体内广泛分布的缺陷,提出并验证了“亚纳秒+纳秒”激光预处理等优化处理方案可进一步提升晶体抗损伤性能。
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