Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester, Rochester, NY, USA
2 Currently at Khiram Prototype Works LLC, Rochester, NY, USA
Transverse stimulated Raman scattering (TSRS) in potassium dihydrogen phosphate (KDP) and deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP) plates for large-aperture, inertial confinement fusion (ICF)-class laser systems is a well-recognized limitation giving rise to parasitic energy conversion and laser-induced damage. The onset of TSRS is manifested in plates exposed to the ultraviolet section of the beam. TSRS amplification is a coherent process that grows exponentially and is distributed nonuniformly in the crystal and at the crystal surfaces. To understand the growth and spatial distribution of TSRS energy in various configurations, a modeling approach has been developed to simulate the operational conditions relevant to ICF-class laser systems. Specific aspects explored in this work include (i) the behavior of TSRS in large-aperture crystal plates suitable for third-harmonic generation and use as wave plates for polarization control in current-generation ICF-class laser system configurations; (ii) methods, and their limitations, of TSRS suppression and (iii) optimal geometries to guide future designs.
transverse stimulated Raman scattering large-aperture laser systems laser damage KDP DKDP 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(5): 05000e54
赵元安 1,2,3连亚飞 1,3李婷 1,3彭小聪 1,3[ ... ]邵建达 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院 上海光学精密机械研究所 薄膜光学实验室,上海 201800
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
3 中国科学院 强激光材料重点实验室,上海 201800
KDP类晶体是唯一可以满足ICF激光驱动装置通光口径的非线性光学晶体材料。该类晶体采用水溶液生长法生长,易于产生宏观包裹体和微观晶格缺陷,在高功率激光辐照下晶体内部易产生高密度pinpoint损伤现象,这与其他方法生长的晶体只是受限于光学加工的表面损伤问题相比具有明显不同。KDP类晶体内部的缺陷或前驱体诱导激光损伤与晶体切向、激光波长及偏振方向等密切相关,使得应用于ICF激光驱动器中不同光学功能的、来源于同一晶坯的不同晶体元件也表现出损伤性能的差异性,因此其损伤机理非常复杂,迫切需要认识该类晶体的激光损伤机理问题。回顾了上海光学精密机械研究所联合福建物质结构研究所、山东大学等晶体研制单位联合开展的关于KDP类晶体激光诱导损伤特性的研究工作,进行了用于光开关、倍频以及混频等功能的KDP和不同氘含量DKDP晶体的激光损伤研究,指导了晶体生长工艺优化和过程关键因素控制,并对仍存在的问题及解决方案进行了展望,对于高性能KDP类晶体的研制以及在高功率激光系统中的合理应用具有参考价值。
KDP类晶体 激光损伤 缺陷 激光损伤前驱体 热吸收 非线性吸收 激光预处理 KDP-family crystals laser induced damage defect precursor thermal absorption nonlinear absorption laser conditioning 
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071001
作者单位
摘要
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
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川绵阳62900
2 清华大学 机械工程系,北京100084
在高功率固体激光装置中,大口径KDP晶体的面形畸变控制是影响终端光学组件倍频转化效率的关键因素之一。为了提高大口径KDP晶体的装配附加面形质量,提出了一种点支撑装配附加面形畸变抑制工艺方法。首先,通过遗传算法对支撑点及其分布进行优化设计。然后,采用有限元分析方法对KDP晶体的装配预紧工艺进行优化设计。最后,开展优化后的装配工艺对KDP晶体装配附加面形畸变的抑制和倍频转换效率的实验验证。实验结果表明:提出的工艺方法对KDP晶体装配附加面形畸变具有良好的抑制效果,实测面形PV值为6.51 μm,二倍频转化效率可达72.6%,且重复装配的一致性良好。该方法大幅提升了晶体倍频效率和远场光斑质量,并在工程上得到应用与推广。
激光装置 KDP晶体 装配附加面形 点支撑 频率转换效率 laser facility KDP crystal assembly deformation point-supporting frequency conversion efficiency 
光学 精密工程
2023, 31(9): 1347
作者单位
摘要
南京航空航天大学机电学院,南京 210016
本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响,试验结果表明:KHCO3固结磨料球对磨后磨痕对称性好,磨痕处的粗糙度值低;磨痕截面积随磨粒和反应物浓度的增加而增大,随基体硬度的增大而降低;磨痕处粗糙度随磨粒和反应物浓度的增加先降低后上升,随基体硬度的增大先上升后降低;摩擦系数受磨粒和反应物浓度影响不明显,随基体硬度的增大而降低。选择KHCO3作为反应物,Ⅰ基体,磨粒浓度为基体质量的100%,反应物浓度为15%制备固结磨料球与KDP晶体对磨后的磨痕轮廓对称度好且磨痕处粗糙度值低,以该组分制备固结磨料垫干式抛光KDP晶体,可实现晶体表面粗糙度Sa值为18.50 nm,材料去除率为130 nm/min的高效精密加工。
KDP晶体 固结磨料垫 晶体加工 干式抛光 摩擦磨损 反应物 KDP crystal fixed abrasive pad crystal machining dry polishing friction and wear reactant 
人工晶体学报
2022, 51(2): 271
作者单位
摘要
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 
人工晶体学报
2021, 50(4): 724
作者单位
摘要
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 成都 610000
大型激光装置要求KDP(Potassium Dihydrogen Phosphate,KH2PO4)晶体在加工阶段进行高精度定轴,以降低后续装调难度,提升批量装调效率。为此在加工阶段,提出一种在位检测反馈和多次调节逼近的晶轴角度校正策略,从原理上避免了校正精度严重依赖调节工装精度、重复装夹误差大、机床直线度引入误差等问题;并且为提升晶轴角度的校正效率,研制了电动控制的高精度吸盘角度调节工装,解决了校正角度大、精度要求高的难题。验证结果表明:采用研制的高精度吸盘角度调节工装,经过3轮次的迭代,可以将晶轴角度误差从2~4 mrad快速收敛至20 μrad以内,满足大型激光装置的要求。所提策略的校正精度仅取决于测头移动长度和测试精度,且元件口径越大、测量精度越高,校正精度就越高,因此所提策略特别适用于大口径KDP晶体元件的晶轴角度的精密校正。
光学器件 KDP晶体元件 晶轴角度 金刚石切削 在位检测 相位匹配 
中国激光
2021, 48(9): 0901006
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
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。
高功率激光装置 KDP晶体 相位匹配 角度失谐 波前畸变 面形畸变 三倍频效率 high power laser facility KDP crystal phase matching angle-detuning wavefront distortion surface shape distortion conversion efficiency of third harmonic generation 
强激光与粒子束
2020, 32(6): 061002
作者单位
摘要
西安工业大学 光电工程学院 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710021
KDP晶体在惯性约束核聚变光学系统中具有十分重要的作用, 针对如何制造出满足应用要求的KDP晶体元件仍然是一个难点的问题。进行了采用飞切加工技术对KDP晶体平面元件的加工工艺研究。介绍了飞切加工的技术原理, 以及影响表面粗糙度的因素; 通过相应的工艺实验, 对KDP晶体加工检测过程中可能影响表面粗糙度的各个因素进行了研究。实验结果表明: 金刚石刀具参数、加工参数、以及加工后表面清洁方式都会影响表面粗糙度, 但是金刚石刀具参数对表面粗糙度的影响最大。采用前角为-45°、圆弧半径为5.0mm的金刚石刀具, 以及最优的加工参数, 可以获得表面粗糙度Sa优于1nm的超光滑表面。研究结果对飞切加工KDP晶体平面元件提供了有效的工艺方案, 具有广泛的工程应用价值。
单点金刚石切削 飞切 KDP晶体 表面粗糙度 single point diamond turning fly-cutting KDP crystal surface roughness 
光学技术
2020, 46(6): 757
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin150001, China
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang621900, China
To determine whether a potassium dihydrogen phosphate (KDP) surface mitigated by micro-milling would potentially threaten downstream optics, we calculated the light-field modulation based on angular spectrum diffraction theory, and performed a laser damage test on downstream fused silica. The results showed that the downstream light intensification caused by a Gaussian mitigation pit of 800 μm width and 10 μm depth reached a peak value near the KDP rear surface, decreased sharply afterward, and eventually kept stable with the increase in downstream distance. The solved peak value of light intensification exceeded 6 in a range 8–19 mm downstream from the KDP rear surface, which is the most dangerous for downstream optics. Laser damage sites were then induced on the fused silica surface in subsequent laser damage tests. When the distance downstream was greater than 44 mm with a downstream light intensification of less than 3, there were no potential damage threats to downstream optics. The study proves that a mitigated KDP surface can cause laser damage to downstream optical components, to which attention should be paid in an actual application. Through this work, we find that the current manufacturing process and the mitigation index still need to be improved. The research methods and calculation models are also of great reference significance for related studies like optics mitigation and laser damage.
downstream threats KDP laser damage micro-milling mitigation 
High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(4): 04000e37

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