大口径KDP晶体装配附加面形畸变抑制工艺优化

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6.51μm,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。

加工误差引入的薄型KDP晶体附加面形

针对惯性约束聚变(ICF)驱动装置中口径为400mm×400mm薄型频率转换KDP晶体在45°放置状态下产生的附加面形问题,采用有限元分析软件ANSYS,建立了以实测数据为基础的大口径薄型KDP晶体的应变模型和有加工误差的夹具模型,仿真分析了KDP晶体的加工误差和夹具的加工误差对KDP晶体附加面形的影响,给出了KDP晶体附加面形变化的P-V值和RMS值。在此基础上,通过对KDP晶体的加工误差及夹具支撑表面不同类型和不同大小加工误差的分析和比较,得出:KDP晶体边缘的加工误差和夹具支撑表面的凹型加工误差是引起较大附加面形的原因之一,KDP晶体的加工误差也会导致其面形变化不均匀,而夹具支撑表面的凸型、波浪形加工误差和压条表面的随机加工误差对KDP晶体附加面形的影响相对较小,且支撑表面的随机加工误差引起的附加面形变化介于其他两者之间。

KDP晶体面形控制夹持方案的分析及优化

本文提出了一种能较大程度优化大口径晶体面形的夹持方案,同时分析对比了优化方案与常规方案下重力作用对KDP晶体面形和三倍频转换效率的影响。研究结果表明:优化方案能极大的改善重力对KDP晶体面形的影响;同时当基频光光强为5.5GW/cm2时,优化方案较之三种常规方案的三倍频转换效率分别提高了6.2%、9.5%和6.5%。

重力作用下大口径薄型光学元件面形的优化方法

高功率固体激光装置的频率转换系统中,大口径薄型KDP晶体附加面形的产生,直接影响了高功率激光的频率转换效率和光束质量.针对非垂直放置状态下的大口径平面光学元件,提出了一种用于改变并优化光学元件因重力作用产生附加面形的"杠杆式"夹持方法,并据此设计了适用于大口径超薄Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体的夹持系统.利用ANSYS分析软件,建立了相应的有限元分析模型,仿真计算了晶体在夹持前后的附加面形变化,讨论了支撑条长度及加工误差对晶体面形优化效果的影响.研究结果表明:提出的"杠杆式"夹持方法在加工无误差时,对晶体附加面形的优化率达到了90%以上;在支撑条存在加工误差时,对晶体附加面形的优化率也达到了74%以上.

KDP晶体杠杆式夹持方案分析

在惯性约束聚变(ICF)终端光学组件(FOA)的精密装校过程中,超大超薄KDP晶体面形在重力作用下会发生畸变,从而导致晶体内部晶轴发生改变,进而由于波前相位失配而极大地降低高功率激光的频率转换效率。针对大口径薄型Ⅰ/Ⅱ类KDP晶体在非垂直放置状态下出现的附加面形问题,利用有限元分析软件,建立了具有不同初始面形的KDP晶体及其"杠杆式"夹持系统的模型,对晶体经夹持系统夹持后的附加面形分布进行了仿真计算,并讨论了支撑条上表面的加工误差类型及大小、晶体初始面形对KDP晶体附加面形的影响。研究结果表明:"杠杆式"夹持系统能有效改善大口径薄型KDP晶体因重力作用而引起的附加面形变化;晶体边缘部分的加工误差对KDP晶体附加面形有较大影响。