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混频KDP晶体内前驱体激光预处理微观机制研究

批准号:
62105309
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
郑垠波
学科分类:
光子与光电子器件
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑垠波

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在ICF高功率激光器中, KDP晶体是目前唯一可选用的非线性晶体材料。由于晶体内前驱体过度吸收,混频KDP晶体在远低于其本征损伤阈值的通量下会出现体损伤,它严重限制了元件的使用寿命、提升了激光器的运行成本以及降低了激光器可靠性。针对混频KDP晶体激光预处理,本项目开展激光预处理参数对晶体体损伤性能影响的研究,探索激光预处理过程中前驱体微观物理特性的变化,在激光辐照参数、前驱体微观物理特性变化和晶体基质材料宏观损伤特性变化三者之间建立联系,并结合现有物理模型深入认识激光预处理机制,进而探索一种有效提高晶体体损伤性能的方法。本项目的研究工作将为理解、控制和提高KDP晶体激光损伤性能提供科学依据和理论指导。
英文摘要
KDP crystals are currently the only available nonlinear materials for ICF (Inertial Confinement Fusion) lasers. Unfortunately, due to the excessive absorption of laser energy by precursors located in bulk materials, the laser-induced-bulk-damage of tripler KDP crystal optics at fluence far below the intrinsic damage threshold dramatically limits the lifetime of crystal optics itself, increases laser system maintenance costs, and decreases laser system reliability. In order to elucidate the micro-mechanisms of laser conditioning, this project attempts to investigate the influence of laser conditioning parameters on bulk damage resistance of KDP crystal, study the change of microcosmic characteristics of precursors, and then uncover the underlying relationship among the laser conditioning parameters, microcosmic characteristics of precursors, and bulk damage resistance of KDP crystal. Finally, an effect method to improve bulk damage resistance can be explored by optimizing the laser conditioning parameters based on machine learning method. This work would be significant for providing technical advancements and theoretical supports to elucidate, mitigate, and improve bulk damage resistance of KDP crystals.
KDP晶体是激光器目前唯一可选用的非线性频率转换材料,但在远低于其本征损伤阈值的通量辐照下会出现体损伤,已成为严重制约固体激光器安全、稳定、经济运行的瓶颈环节。本项目针对前述现状,在国家自然基金“混频KDP晶体内前驱体激光预处理微观机制研究”的资助下,本项目就激光预处理与混频KDP晶体体损伤性能的映射关系、前驱体微观物理特性的钝化机制等问题开展了深入研究,主要研究工作和成果如下:.(1)发展出晶体元件体损伤性能高精度三维局域映射检测技术,为后续研究奠定了精密化表征的基础。厘清了最大预处理通量、预处理辐照发次数目、通量台阶、脉冲宽度等激光预处理参数对晶体基质材料宏观损伤性能的影响,建立了激光预处理参数选择原则,优化了激光预处理参数。.(2)阐明了前驱体宏观、微观物理特性与晶体基质材料宏观体损伤性能之间的关联,揭示了激光辐照参数对前驱体宏观、微观物理特性的作用规律,建立前驱体宏观、微观物理特性调控方法,有效提高了晶体基质材料宏观体损伤性能。.(3)揭示不同激光预处理参数组合对晶体基质材料宏观体损伤性能的影响规律,校验纳秒激光脉冲损伤理论模型,形成了混频KDP晶体激光离线预处理的最佳辐照参数组合,有效提高了晶体体损伤性能。
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