大口径KDP晶体角度相位匹配离线测量精度研究.pdf

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1、第25卷第12期强激光与粒子束Vol_25，No．122013年12月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSDec．，2013文章编号：1001—4322(2013)12—3189—04大口径KDP晶体角度相位匹配离线测量精度研究徐旭，熊召，叶朗，刘长春，袁晓东，曹庭分，贾凯(中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四JiI绵阳621900)摘要：为满足惯性约束聚变(ICF)实验对激光驱动器高效三倍频能力的要求，对离线测量晶体角度相位匹配方案进行了优化。采取的主要优化措施是：提高晶体准直技术能力；降低模拟小口径激

2、光输出变化对测量不稳定性的影响。通过理论分析和对实际测量结果的系统分析，得到了晶体离线测量的不确定度：其中二倍频相位匹配角测量扩展不确定度为15．94／~rad，三倍频相位匹配角测量扩展不确定度为27．8／~rad，达到了较高的晶体离线测量精度要求。关键词：惯性约束聚变；KDP晶体；相位匹配角；最小二乘法中图分类号：O437．1文献标志码：Adoi：10．3788／HPLPB20132512．3189惯性约束聚变(ICF)实验对激光驱动器的三倍频光输出能力有很高的要求，推动着以提高转换效率为核心的频率转换技术的发展。高效三倍频要求

3、参与频率转换的各光波之间满足相位匹配条件，即三次谐波与非线性极化波的相速度相等口]。利用晶体的双折射特性实现相位匹配的方法可以分为以下两类：临界相位匹配(角度相位匹配方式)与非临界相位匹配(温度相位匹配方式)。由于较难通过改变温度条件，满足大口径KDP晶体的全口径范围实现等温分布，所以ICF系统的频率转换模块采用工／Ⅱ类KDP晶体角度失谐方案产生三次谐波。晶体角度失谐调整方案是，在实验室条件下以小口径激光模拟ICF激光驱动器的大口径激光，对晶体进行多点失谐测量拟合，即离线测量，ICF激光驱动器直接使用其测量结果，再根据现场情况进行

4、角度微调。本文分析了影响晶体角度相位匹配离线测量的因素，再提出了相应的解决办法和措施，最后对改进后的测量精度进行了理论分析，取得了良好的验证效果。1晶体离线测量方式大口径晶体角度相位匹配离线测量，是通过小口径激光照射晶体表面，旋转晶体角度，记录输出倍频能量变化和对应的晶体角度，应用最小二乘法拟合晶体角度相位匹配曲线。对测量全过程分析，影响测量精度主要有两个关键因素：一是测试激光与被测晶体的准直精度；二是激光入射角度和能量变化带来对测量精度的影响。根据这两个问题对晶体离线测量方式进行相关改进。2关键因素研究分析2．1激光准直精度晶体

5、角度相位匹配测量需要以坐标基准为零位，再进行角度相位匹配。坐标基准为激光垂直入射于晶体位置，即光路准直位。为提高光路准直精度，采取基准过渡的方法实现，以标准镜为过渡基准，晶体敏感轴平行于标准镜；调节光路使入射激光垂直于标准镜，达到入射激光垂直入射于晶体的目的。为提高激光准直精度，不采用常用的激光穿孔，通过CCD观察近场光斑的方法，因为该方法等效准直精度约在50／~rad以上，误差过大。设计了一种基于激光自准直的红外远场准直方式，精度可达5tad以内。图1所示为基于激光自准直仪的准直光路，(a)是通过自身发出的激光实现自准直，(b)

6、是通过接收外界的激光根据远场光点位置实现入射激光的远场准直。2．2激光能量不稳定性及角度漂移误差修正在晶体离线测试平台中，由于基频光存在能量及角度指向的不稳定性，这将造成最佳匹配角的测试值出现一定的误差。对此在基频段引入参考晶体进行优化，图2模拟计算了入射基频光的不稳定性对最佳匹配角测试的影响[3]。计算参数：输入光强4Gw／cm。，晶体e轴电机转动步长为20rad。*收稿日期：2013-09—11；修订日期：2013-1010作者简介：徐旭(1983)，男，学士，从事高功率固体激光器精密装校研究方面工作；xuxu519@163．

7、com。3l92强激光与粒子束第25卷UCRLlL)_133264．1999．Es3贾凯．终端光学组件实现高效倍频的关键因素分析及优化[D]．成都：四川I大学，2012．(JiaKai，Analysisandoptimizationofcriticalelementsforefficientharmonicconversioninfinalopticsassembly．Chengdu：SichuanUniversity，2012)[6]王芳，粟敬钦，李恪宇，等．KDP晶体折射率不均匀性对三倍频转换效率的影响[J]．强激光与粒子束，

8、2007，19(5)：746—749．(WangFang，SuJingqin，LiKeyu，eta1．InfluenceofKDPcrystals’refractive—indexnon—uniformitieson3fJJconversionef