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
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
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
1 山东大学 晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 山东大学 功能晶体材料及器件教育部重点实验室, 山东 济南 250100
搭建了可以连续控制基频光、倍频光偏振夹角的实验平台, 并实现了一系列锗硅玻璃样品的全光极化。极化效果和极化方向由内建电场的大小和方向所决定, 研究了两者与极化光束偏振态以及强度之间的关系。所获得的实验结果基本与经典模型及其推论相一致, 但同时也发现了两者在定量方面的差异, 包括局部变化趋势、角度大小等, 这进一步说明了全光极化过程的复杂性。实验发现, 当基频光与倍频光平行偏振时, 极化过程效果最优; 同时, 极化过程对极化光束的强度也非常敏感。
非线性光学 全光极化 锗硅玻璃 二次谐波产生 nonlinear optics all-optical poling germanosilicate glass second harmonic generation 红外与激光工程
2019, 48(8): 0817002
山东大学 晶体材料国家重点实验室, 山东 济南 250100
磷酸二氢钾(KDP)晶体是一种经典的电光材料, 是目前唯一可用于惯性约束核聚变的非线性光学材料。鉴于籽晶和生长方法对KDP晶体的生长和质量具有重要的影响, 本文采用传统法生长法和点籽晶快速生长法生长KDP晶体, 通过改变籽晶的种类及切向, 不仅减少了晶体的恢复区, 同时缩短了晶体的生长周期, 生长出高透明度的单晶。对晶体的透过、结晶完整性及损伤等性能进行测试, 结果表明, 晶体在红外和可见光波段具有较高的透过率; 晶体(001)面的衍射强度较强, 峰形比较尖锐; 相比于1-on-1方式, R-on-1处理使KDP的损伤阈值提高了1.7~2.1倍, 晶体的抗损伤均匀性很高。生长的晶体具有优良的光学性能, 籽晶对晶体的生长具有重要的影响。
KDP晶体 生长方式 籽晶 光学性能 损伤阈值 KDP crystal growth method seeds optical performance laser damage threshold
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, China
2 Key Laboratory of Functional Crystal Materials and Device, Shandong University, Ministry of Education, Jinan 250100, China
3 Chengdu Fine Optical Engineering Research Center, Chengdu 610041, China
Refractive indices for crystals ammonium dihydrogen phosphate (ADP), 30% deuterated ADP (DADP), 50% DADP, and 70% DADP are measured from 253 to 1529 nm with 5×10 6 accuracy. Numerical fits to modified double-pole Sellmeier equation are made. Second-harmonic generation, third-harmonic generation phase matching (PM) angles, and noncritical PM (NCPM) wavelengths are calculated using the Sellmeier parameters. The deuterated crystals show smaller PM angles than pure crystal. Fourth-harmonic generation process can be realized by DADP in smaller deuterium content than deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP). The measured NCPM wavelengths are consistent with the calculated value. PM characteristics are compared between DADP and DKDP.
160.4760 Optical properties 160.4330 Nonlinear optical materials 260.1180 Crystal optics 190.4400 Nonlinear optics, materials Chinese Optics Letters
2015, 13(4): 041601
1 山东大学 晶体材料研究所， 济南 250100
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
3 山东农业大学 信息科学与工程学院， 山东 泰安 271018
详细比较了磷酸二氢钾(KDP)晶体的自发拉曼散射和受激拉曼散射光谱，在受激拉曼散射(SRS)中观察到了自发拉曼散射中最强的振动模的三阶Stokes 光(559.43, 589.74, 623.50 nm)，由于其他振动模的受激拉曼散射增益系数较小，其SRS光谱未观察到。另外，比较了传统生长的未退火和退火后的KDP晶体及快速生长的锥区和柱区KDP晶体的受激拉曼散射增益系数，结果表明生长方法和热退火对KDP晶体的受激拉曼散射增益系数无明显影响。
KDP晶体 自发拉曼散射 受激拉曼散射 增益系数 potassium dihychogen phosphate crystal spontaneous Raman scattering stimulated Raman scattering gain coefficient 强激光与粒子束
2014, 26(9): 092008
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
