高功率紫外光学材料在强激光加载下的非线性光学性质研究

发布时间：2020-09-28 07:32

　　 KDP晶体是一种性能优异的非线性晶体,被广泛的应用于电光调制、激光的频率转换等方面。强激光作用会导致非线性吸收和自聚焦效应的产生,这在一定程度上不利于KDP晶体损伤阈值的提升。Z扫描方法具有操作简单精度高的特点,是研究材料的非线性光学性质的一种方法。本文利用皮秒Z扫描技术研究了KDP和DKDP晶体的非线性吸收和非线性折射与样品厚度和激光波长及能量的关系;对杂质离子引起的非线性吸收与晶体损伤之间的关系做了研究,同时也研究了泵浦光作用下KDP晶体的非线性光学效应,其主要研究工作和结果如下:(1)基于薄介质和厚介质的Z扫描理论,研究了样品厚度、激光波长和光功率密度对KDP晶体非线性光学性质的影响。结果表明:在相同的光功率密度下,厚样品表现出更强的非线性吸收和折射;短波长更容易诱导晶体非线性效应的产生,355nm和532nm波长KDP晶体表现出明显的反饱和吸收和自聚焦效应,双光子吸收是非线性吸收的主要机制;1064nm波长KDP晶体并未表现出非线性光学性质。(2)研究了KDP晶体中的杂质离子与非线性吸收和损伤阈值的关系,也对点籽晶法生长的KDP晶体不同生长部位和DKDP晶体中不同氘含量切割方向和对晶体非线性光学性质的影响进行了研究。结果表明:杂质离子含量越多KDP晶体的非线性吸收越明显,相应的损伤阈值也更低;点籽晶法生长的KDP晶体其非线性光学性质:Z向大于Ⅱ类切割方向,柱面区大于锥面区;DKDP中非线性光学性质随着氘含量的增加而减小。(3)采用泵浦激光加载,研究了不同发次355nm纳秒激光辐照对532nm皮秒激光作用KDP晶体的非线性光学性质的影响,同时研究了纳秒-皮秒激光同步加载下KDP晶体的非线性。结果表明:随着纳秒激光辐照发次的增加和通量的增加,KDP晶体均表现出更强的非线性吸收,而非线性折射变化不明显。
【学位单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O437
【部分图文】：

绪论研究背景煤 、石油等化 石燃 料日益 匮 乏 的今 天 ，寻找一种 可再生能源 各 国 科 学 家 研 究 的 焦 点 。 其 中 激 光 惯 性 约 束 核 聚 变 (ICF)被 有 巨大潜力的 清洁 能源 供给方 式。高功率激 光装置的 出现，验 室中产生受 热核 聚变 成为了 可 能[1]。惯性 约束 核聚 变的 科驱 动着各国在 聚变 能源 的研究 领 域竞相角逐 ，很多国家 都相 大型的激光聚 变驱 动装 置。例如 美 国的 “国家点 火装置 (NIF)设 的“兆焦 耳激 光 装置（LMJ）”以及我国 的“神光Ⅲ主机 装置 前 ， 对 于 ICF 的 研 究 仍 然 是 美 国 居 于 世 界 前 列 ， 其 NIF 光 共有 192 路 光束，KDP 和 DKDP 晶体的位置如 图 1-1 所示。

西南科技大学硕士研究生学位论文 第 3页 室 温 下 DKDP 具 有 四 方 相 和 单 斜 相 两 种 晶 型 ， 由 于 单 斜 相 不 具 备 实 用 价 值 ， 所 以 通 常 所 说 的 DKDP 为 四 方 晶 系 的 晶 。KDP 晶 体是 一种 以离 子键 为主的 多键 型晶 体 ，同时 包 括 氢 键 ，晶胞结 构如 图 1-2(b)所示 。KDP 晶体 的 每 个单胞中 有四可以 理解 为由 两套相互穿 插 的 PO4四面体体 心格子和两套相 K+体 心 格 子 组 成 ， 每 个 K 原 子 周 围 有 8 个 氧 原 子 。 P 原 子 间 以共价键的 形式 组 合 成 PO4基团 ，每个 P 原子 被近 似位 于 角 的 四 个 氧 原 子 包 围 ， 每 个 PO4四 面 体 中 的 O 通 过 氢 键 与 的 PO4四面 体中的 O 相连 ，氢键几乎与 C 轴垂直。

图 1-3 Z 扫 描 原 理 图Fig.1-3 The schematic graphic of Z-scan technology 国 的 Von Stryland 小 组 提 出 了 一 种 新 的 非 线 Z 扫描方 法[48]，如图 1-3 所示，它是建 立在的 ，利用光束 的横 向效 应测量 非 线性效应 。这焦光束 的焦 点附 近不同 位 置的透过率变化 ，经到材料 的非 线性 吸收系 数 和折射率 。对于 同时吸收以 及自 聚焦 或散焦 效 应的材料 ，此方 法不极 化率 的 实部 （折 射） 和虚部 （吸 收 ），还 可正负和 吸收 类型。因此 ，该技术自 提出 以后被的非线 性光 学效 应和非 线 性参量的测量 。实验经分光 镜分 为两 束，透射 光经 聚焦 透镜会聚 于用能 量探 头探 测激 光 的 能 量；对 于反 射光 直接个 探头 探测的能量 作 比值 ，通过样品 的移动就变化的 关系 ，最后经 理 论 拟合就可得到 材料 的

【参考文献】

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本文编号：2828513