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 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
强激光与粒子束
2022, 34(9): 095018
1 中国兵器工业集团 山东非金属材料研究所,山东 济南 250001
2 山东大学 高效洁净制造教育部重点实验室 机械工程学院,山东 济南 250061
提出一种基于双罗兰圆光学结构的光谱仪光学系统及其设计方法。其中,200 nm~500 nm光路为常规的罗兰圆光学结构;500 nm~700 nm光路运用凹面光栅第零衍射级次光谱线,利用平面反光镜将谱线射入另一个凹面光栅,实现了双罗兰圆光学结构。根据设计要求及光学系统各个参数之间的相互约束,设计、计算出光学系统各个参数指标,基于Zemax仿真分析,调整光学参数并验证光学系统的可行性。针对平面信号探测器在罗兰圆周上存在像差问题,利用反光镜增添信号探测器的可摆放个数,使像差比初始结构减小4.475 μm,光谱仪整体光学结构尺寸小于400 mm × 500 mm。仿真结果表明:光谱仪所测的光谱波段范围可达200 nm~700 nm,全波段分辨率达0.4 nm。
罗兰圆 凹面光栅 光谱仪 Zemax Rowland circle concave grating spectrometer Zemax
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 上海航天控制技术研究所 光学导航与探测事业部, 上海 201109
2 上海航天控制技术研究所 飞行控制技术部, 上海 201109
为了满足OLED屏疵病检测的成像需求, 设计了一种高解析度线阵扫描镜头。光学系统基于双高斯对称结构, 镜头焦距f′=116mm、放大倍率β=-0.5×、物方数值孔径NA=0.038、物方线视场2y=120mm。利用光学设计软件Zemax仿真可得镜头的调制传递函数MTF在奈奎斯特频率120lp/mm时能达到0.2以上, 接近衍射极限; 各视场点列图基本都在艾里斑之内, 均方根半径较小; 利用双高斯的对称特性降低畸变, 相对畸变q<0.5%。针对景深和曝光量可调的成像需求, 即F#的切换需求, 以及光学元件的尺寸排布, 给出了光阑孔径可变的镜头光机结构设计。最终利用MTF测试仪对镜头的成像质量进行检测, 实验结果表明此镜头能够满足OLED屏疵病检测功能的工业成像需求。
光学设计 扫描镜头 双高斯 光机结构设计 optical design scanning len double gauss opto-mechanical design
山东大学,晶体材料研究所,晶体材料国家重点实验室,济南 250100
KDP/DKDP晶体具有生长方法简单、成本较低、光学性能良好等优点,而可生长出的超大尺寸KDP/DKDP晶体是目前唯一可用于高功率激光工程的单晶材料。但是在晶体的生长过程中存在很多影响因素,同时对晶体进行后处理也会影响晶体的性能,这都直接关系到超大尺寸KDP/DKDP晶体的实际应用。鉴于此,本文综述了近些年超大尺寸KDP/DKDP晶体的重要研究进展, 特别是针对传统生长和快速生长中存在的问题和相应的解决对策以及晶体性能相关的研究,并重点对晶体的透过率、氘化率、激光诱导损伤等进行了分析和讨论。
超大尺寸 生长 缺陷 性能 oversized KDP/DKDP KDP/DKDP growth defect property
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Laser Plasma, China Academy of Engineering Physics, Shanghai 201899, China
2 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
3 School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, 800 Dongchuan Road, Shanghai 200240, China
The use of low-coherence light is expected to be one of the effective ways to suppress or even eliminate the laser–plasma instabilities that arise in attempts to achieve inertial confinement fusion. In this paper, a review of low-coherence high-power laser drivers and related key techniques is first presented. Work at typical low-coherence laser facilities, including Gekko XII, PHEBUS, Pharos III, and Kanal-2 is described. The many key techniques that are used in the research and development of low-coherence laser drivers are described and analyzed, including low-coherence source generation, amplification, harmonic conversion, and beam smoothing of low-coherence light. Then, recent progress achieved by our group in research on a broadband low-coherence laser driver is presented. During the development of our low-coherence high-power laser facility, we have proposed and implemented many key techniques for working with low-coherence light, including source generation, efficient amplification and propagation, harmonic conversion, beam smoothing, and precise beam control. Based on a series of technological breakthroughs, a kilojoule low-coherence laser driver named Kunwu with a coherence time of only 300 fs has been built, and the first round of physical experiments has been completed. This high-power laser facility provides not only a demonstration and verification platform for key techniques and system integration of a low-coherence laser driver, but also a new type of experimental platform for research into, for example, high-energy-density physics and, in particular, laser–plasma interactions.
Matter and Radiation at Extremes
2020, 5(6): 065201