山东大学晶体材料国家重点实验室，山东 济南 250100
以磷酸二氢钾（KDP）/磷酸二氘钾（DKDP）、三硼酸锂（LBO）、硼酸氧钙钇（YCOB）和硅酸镓镧族铌酸镓镧（LGN）为代表的非线性光学晶体已经在紫外到中红外的系列激光技术中获得了重要应用，长期受到国内外同行的广泛关注，其品质的提升和口径的扩大成为了当前国际竞争的焦点。着眼于强激光的重要需求，综述了KDP/DKDP、LBO、YCOB和LGN等重要非线性光学晶体的研究现状，介绍了其在大尺寸单晶生长及非线性光学性能等方面的研究进展，分析其在强激光非线性光学领域的应用前景。最后讨论了强激光用非线性光学晶体可能的发展方向和重点。
非线性光学 非线性光学晶体 晶体生长 频率转换 光参量啁啾脉冲放大 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0116004
1 中国兵器科学研究院宁波分院，宁波 315103
2 内蒙金属材料研究所，包头 014000
3 山东大学晶体材料国家重点实验室，济南 250100
本研究使用传统液相法生长了氘含量为70%的大尺寸磷酸二氘钾(DKDP)晶体，采用中子衍射技术测量了三倍频DKDP晶片内部的残余应力和微观应变，利用X射线同步辐射探测了晶体锥面和柱面的微观形貌。研究了DKDP晶体沿［100］晶向宏观残余应力和微观残余应变的分布。结果表明：传统液相法生长的DKDP晶体柱面区域的残余应力为压应力，而锥面区域的残余应力为拉应力；锥面的拉应力容易导致晶体在生长和搬运过程中开裂，与实验现象相符；传统液相法生长的DKDP晶体的残余微观应变较小，但晶体中仍存在缺陷，这些缺陷是晶体残余应力和应变存在的原因之一。该研究可指导大尺寸70%DKDP晶体工程化应用。
DKDP晶体 传统液相法 中子衍射 残余应力 微观应变 DKDP crystal traditional liquid phase method neutron diffraction residual stress micro-strain
1 山东大学晶体材料研究院，济南 250100
2 晶体材料国家重点实验室，济南 250100
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621000
高功率激光系统的发展对大尺寸、高性能磷酸二氘钾(DKDP)类晶体的需求越来越大。快速生长法较传统法可大幅缩短晶体生长周期，提高晶体生长效率。但是快速生长DKDP晶体锥面区和柱面区性能存在差异，导致不同位置的性能存在不均匀性，限制其在高功率激光系统中的应用。通过合成晶体生长溶液，采用点籽晶快速生长法生长了中等口径的高氘DKDP晶体，使用透过光谱，从线性吸收角度分析了快长DKDP晶体用作电光开关和频率转换器的可行性。结合Raman光谱技术及摇摆曲线的测试方法分析了晶体氘含量和结晶质量均匀性，为大尺寸DKDP的生长和应用提供参考。
点籽晶法 磷酸二氘钾晶体 氘含量 透过率 摇摆曲线 point seeding method potassium dideuterium phosphate crystals deuterium content transmittance rocking curve
1 北京科技大学 物理系，北京 100083
2 山东大学 晶体材料研究院 晶体材料国家重点实验室，济南 250100
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。
KDP晶体 ADP晶体 缺陷 激光损伤 第一性原理 KDP crystal ADP crystal defect laser damage first-principles 强激光与粒子束
2023, 35(6): 061003
1 内蒙金属材料研究所，包头 014000
2 华中科技大学材料科学与工程学院，武汉 430073
3 山东大学晶体材料国家重点实验室，济南 250100
采用全反模式的红外(ATR-IR)光谱实时研究了不同氘含量KH2-xDxPO4(DKDP)晶体的结晶过程，其中DKDP溶液氘含量范围为0到99%。通过υ1(PO4)和υ3(PO4)振动表征了DKDP结晶溶液中(H2PO4-)1-x(D2PO4-)x离子基团浓度的变化。υ1(PO4)振动强度的变化和υ3(PO4)振动宽度的变化说明生长溶液中的(H2PO4-)1-x(D2PO4-)x离子浓度随着测试时间延长而不断增大。同时,δ(P-O…H/D-O-P)振动峰的形成说明DKDP晶体的生长基元为(H2PO4-)n-x(D2PO4-)x离子团簇。波数在1 448 cm-1到1 653 cm-1范围内H-O-H和D-O-D振动强度的变化解释了DKDP晶体在结晶过程中氘含量分布不均的现象。
DKDP单晶 结晶过程 ATR-IR光谱 (H2PO4-)n-x(D2PO4-)x团簇 氘含量 生长基元 DKDP single crystal crystallization process ATR-IR spectroscopy (H2PO4-)n-x(D2PO4-)x clusters deuterium content growth unite
1 北京科技大学 物理系, 北京 100083
2 山东大学 晶体材料国家重点实验室,济南 250100
3 潍坊医学院, 山东 潍坊 261053
大口径高能激光装置是各强国积极研究的重点项目。对装置内大口径光学元件损伤特性进行有效评估具有非常重要的意义，在此研究大尺寸光学元件表面损伤。通过分段拍摄、图像拼合、损伤点记录、统计与归纳等工作发现，不同尺寸损伤点的分布特性差异较大。结合统计学方法与类似实验对比、理论计算等方式对损伤点分布与样品辐照环境特性变化的关系进行分析。结果显示，损伤点的位置分布与辐照光束的能量密度关联紧密；系统光束(351 nm)在低于6 J/cm2时能量分布均匀，高于6.7 J/cm2时呈现较为明显的高斯分布状态。可以为大口径高能辐照环境的元件损伤特性评估提供有价值的参考，对大口径紫外激光器的日常运行与维护具有极其重要的工程意义。
DKDP 激光诱导损伤 损伤分布 大口径 高能激光 DKDP laser induced damage distribution large-aperture high-energy laser 强激光与粒子束
2021, 33(11): 111013
1 山东大学 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
2 成都精密光学工程研究中心, 成都 610041
用点籽晶快速生长法在不同温度区间生长了四块氘含量60% DKDP晶体,观察了不同温度下晶体生长过程,同时测量了晶体的透过光谱、摇摆曲线和1053 nm激光损伤阈值。结果表明,在高温区间晶体生长外形优于低温生长的晶体。不同温区晶体的透过光谱并无明显变化,但是随着生长温度的降低,晶体的结构完整性变差,1053 nm激光损伤阈值降低。
DKDP晶体 温度 摇摆曲线 激光损伤阈值 DKDP crystal temperature rocking curve laser induced damage threshold 强激光与粒子束
2014, 26(1): 012006
山东大学 晶体材料国家重点实验室， 济南 250100
生长了不同氘含量的磷酸二氘钾(DKDP)晶体，切割角度统一沿Ⅰ类非临界相位匹配方向，即与晶体z轴成90°与x轴成45°，分别在1 064 nm和1 053 nm两种基频波长下进行了四倍频实验，通过测定氘含量与相位匹配角的联系，确定出能够实现非临界四倍频的DKDP晶体的最佳氘含量。实验发现在1 064 nm的基频波长下通过调节DKDP晶体的氘含量无法实现室温的非临界相位匹配，而在1 053 nm基频波长下实现室温的非临界相位匹配的DKDP晶体最佳氘含量为85%左右。
磷酸二氘钾 四倍频 非临界相位匹配 氘含量 deuterated dihydrogen phosphate crystal fourth harmonic generation non-critical phase matching deuterium content
1 山东大学 晶体材料国家重点实验室， 济南 250100
2 成都精密光学工程研究中心， 成都 610041
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。
KDP晶体 热退火 透过光谱 激光损伤阈值 KDP crystal thermal conditioning transmission spectra laser damage threshold
Author Affiliations
Abstract
Potassium dideuterium phosphate (DKDP) with deuterium content of 60% and potassium dihydrogen phoshate (KDP) crystals are grown by "point-seed" rapid growth method. Optical property including transmittance spectra, conoscopic image, light scattering and laser damage threshold (LDT) are measured. The results show that although the infrared absorption edge of transmission spectra is obviously red-shifted, structure perfection and optical homogeneity of DKDP crystal became poorer. Light scattering have no obvious change. We also find that the value of LDT at 1 053 nm has a 2.5-3.8 \times increase compared with that tested at 526 nm and LDT of Z-cut samples is obviously higher than that of tripler-cut samples.
160.4330 Nonlinear optical materials 300.6170 Spectra 140.3330 Laser damage Chinese Optics Letters
2012, 10(s1): S11602
