超高功率激光倍频的非线性晶体优化方法技术

一种基于晶体倍频理论的非线性晶体切割方案优化方法，涉及到超高功率激光倍频领域，该方法依据晶体倍频理论，通过调整倍频晶体的切割角度，在保证晶体高效倍频输出的同时，适当提高晶体厚度以降低晶体加工难度。本方法可以得到一种既满足高效倍频又符合现有加工情况的一种方案，最终达到超高功率的高效的倍频输出。输出。输出。

【技术实现步骤摘要】
超高功率激光倍频的非线性晶体优化方法


[0001]本专利技术涉及晶体倍频
，尤其是一种超高功率激光倍频的非线性晶体优化方法。

技术介绍

[0002]随着啁啾脉冲放大(CPA)技术的发展以及超高功率激光的输出性能的提升，对激光倍频的输出功率以及输出效率的要求逐渐提高。对于超高功率激光倍频而言，由于要保障高效输出，对非线性晶体的要求十分严格，在满足大口径的同时还对非线晶体的厚度又严格要求，需要的厚度往往是几毫米量级，现有工艺无法满足加工与安装条件。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提出了一种超高功率激光倍频的非线性晶体优化方法，可实现降低工程难度的情况下达到高效倍频的方案。
[0004]本专利技术的技术解决方案如下：
[0005]一种超高功率激光倍频的非线性晶体优化方法，其特点在于，包括步骤如下：
[0006]S1.通过理论计算非线性晶体在特定情况下达到最佳倍频效率时的非线性晶体厚度，得到此时的非线性晶体的倍频转换效率；
[0007]当非线性晶体为KDP晶体的Ⅰ类二倍频的情况下有如下耦合波方程：
[0008][0009][0010][0011]其中表示光电场E1′
沿着晶体z方向的变化，n1n2n3表示相应频率介质的折射率，Δk为相位失配因子，α表示吸收系数，ω1为基频光的角频率，c为真空中的光速，ε0为真空介电常量，θ
m
为晶体的相位匹配角，d
36
为KDP晶体的有效倍频系数，为晶体切割角度，K为倍频转换效率系数。通过求解耦合波方程可以得到晶体达到最高效率的超高功率倍频所需要的理论最佳厚度。
[0012]S2.通过改变非线性晶体的切割角度，得到在不同切割角度情况下，倍频转换效率随非线性晶体厚度的关系；在改变晶体切割角度后，得到的最高倍频效率会低于S1中所提到的转换效率，但是晶体厚度也会提高，因此大大降低了晶体的加工安装难度。
[0013]S3.将步骤S1得到最佳倍频效率时的晶体厚度与最高倍频转换效率，与步骤S2得到不同切割角度时非线性晶体厚度与倍频转换效率进行对比，选择合适的晶体切割角度，即非线性晶体厚度增加与倍频转换效率下降的最优方案，最终选择出既可以满足高效输出
又可以满足现有加工以及安装条件的角度。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的技术效果是：
[0015]在保证超高功率激光的高效倍频的情况下，降低晶体加工与安装难度。
附图说明
[0016]图1是理论分析下切割角度为68
°
时达到最高转换效率时需要的厚度为3.5mm。
[0017]图2是理论分析在改变切割角度由45
°
变为68
°
时在达到最佳转换效率时的晶体厚度由3.5mm变为5mm。
[0018]图3是离线实验验证时转换效率与理论分析的对比图，其中，(a)为切割角度为45
°
厚度8mm时的对比图。(b)为切割角度为68
°
厚度为5.9mm时的对比图。
具体实施方式
[0019]下面结合实例和附图对本专利技术作进一步说明与解释。
[0020]实施例：
[0021]采用基频能量为1600焦耳，脉宽15ps，光斑口径为350mm的皮秒激光进行模拟，非线性晶体采用KDP晶体，理论计算3.5mm厚的KDP晶体可以满足高效转换(模拟结果如图1所示)此时切割角度为68
°
。为了满足350mm口径光斑，KDP晶体尺寸为410mm*410mm*3.5mm，加工，安装难度大。
[0022]改变切割角度由45
°
变为68
°
，降低非线性系数，晶体厚度由3.5mm增加到5mm。(效率下降了6.1％)最终可以得到的转换效率为～62％，仍可以保证皮秒脉冲激光的高效倍频(如图2所示)。
[0023]离线实验进行了验证，皮秒激光器采用能量45mJ，口径7mm,两块晶体分别为切割角度45
°
厚度8mm,与切割角度68
°
厚度5.9mm,离线实验能量取4Mj，口径为3mm，最终得到切割角度45
°
时，效率为45％，切割角度68
°
时，效率为20％(如图3所示)，符合实验预期。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高功率激光倍频的非线性晶体优化方法，其特征在于，包括步骤如下：S1.通过理论计算非线性晶体在特定情况下达到最佳倍频效率时的非线性晶体厚度，得到此时的非线性晶体的倍频转换效率；S2.通过改变非线性晶体的切割角度，得到在不同切割角度情况下，倍频转换效率随非线性晶体厚度的关系；S3.将步骤S1得到最佳倍频效率时的晶体厚度与最高倍频转换效率，与步骤S2得到不同切割角度时非线性晶体厚度与倍频转换效率进行对比，选择合适的晶体切割角度，即非线性晶体厚度增加与倍频转换效率下降的最优方案。2.根据权利要求1所述的超高功率激光倍频的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琪，姜秀青，朱宝强，杨琳，朱坪，朱健强，唐顺兴，郭亚晶，刘崇，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：