大口径氘化磷酸二氢钾晶体离线亚纳秒激光预处理技术

刘志超 许乔 雷向阳 耿锋 王翔峰张帅 王健 张清华 刘民才

(中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 绵阳 621900)

大口径氘化磷酸二氢钾(DKDP)晶体抗激光损伤性能偏低严重地制约着大型高功率激光装置输出水平.本研究利用离线亚纳秒激光预处理技术有效地提升了大口径DKDP 晶体抗激光损伤性能.实际使用情况表明, 采用离线亚纳秒激光预处理后, DKDP 晶体在9 J/cm2 激光通量辐照下的表面平均损伤密度得到大幅下降, 由未处理前的5.02 pp/cm2 (1pp 表示1 个百分点)降至0.55 pp/cm2, 降幅为一个数量级.同时, 激光预处理对晶体损伤尺寸具有一定的抑制作用, 预处理后晶体损伤点尺寸分布曲线向尺寸减小的方向平移, 尺寸分布峰值由预处理前的25 µm 降至预处理后的18—20 µm.

1 引 言

氘化磷酸二氢钾(DKDP)晶体是高功率激光器中重要的频率转换材料, 通过非线性效应将基频激光(1053 nm)转化为三倍频激光(351 nm)[1].DKDP 晶体的生长周期长, 环境控制要求苛刻, 晶体材料难免存在各种缺陷, 包括元素杂质、结构异常等.这些缺陷容易吸收激光能量, 在较低激光辐照时引发材料破坏[2−5].同时, DKDP 晶体加工过程中会产生表面缺陷, 包括划痕、麻点等.这些表面缺陷主要通过光场增强效应、机械强度弱化等机制影响到DKDP 晶体元件的损伤性能[6−8].国际上主要的大型高功率激光装置中的DKDP 晶体尺寸通常处于300—450 mm 范围, 大口径的需求极大地增加了晶体元件缺陷控制难度, 导致了大口径DKDP 晶体的激光损伤阈值偏低[9,10], 严重制约了大型高功……