KDP/DKDP晶体高功率激光体损伤三维检测新技术

制约高功率激光系统最高能量输出能力的核心问题是KDP/DKDP的光损伤阈值，因此如何有效提高晶体的光损伤阈值成为国际上聚变级激光驱动器研究的技术瓶颈。采用先进手段发展观察KDP/DKDP晶体激光损伤的微观动态演化过程，弄清激光损伤的真实机理，发展有效提高激光损伤阈值的生长、加工和预处理技术途径是国际上具有前沿性和突破性的研究方向。本项目密切结合KDP/DKDP晶体在高功率激光系统中的三个实际边界条件：（1）高功率激光辐照；（2）基频、倍频和三倍频多波长同时作用；（3）激光损伤诱发体在晶体内的三维动态演化过程，提出了利用显微数字全息干涉测量技术，对KDP/DKDP晶体进行透射层析扫描，三维再现多波长高功率激光辐射条件下，晶体内部体损伤的精细结构。该体损伤的三维精细结构不但作为定性描述激光损伤特性的重要参数，还将成为关联光损伤宏观特征和微观机制的。

本项目从KDP/DKDP晶体损伤测量新方法、晶体损伤检测与机理分析，以及多波长下引起损伤的缺陷或瑕疵在高功率激光非线性传输特性分析等几个方面开展了深入研究，围绕总体研究目标主要完成了以下几个方面的工作：1.在KDP/DKDP晶体损伤三维测量方面，建立了光损伤数字全息干涉测量透射层析三维关键成像数值算法计算程序，贯通了图像重构算法流程，并建立损伤信息测量的可视化界面，以及建立位相解包裹算法对测量位相进行重建；搭建了晶体损伤测量装置，进行了KDP/DKDP晶体损伤测量的实验，得到了晶体在损伤初期的位相特性变化特性，一定程度上得到了晶体损伤初期晶体由于热效应导致结构上应力的改变，引起了晶体损伤阈值的下降的结果；同时利用球面波的全息干涉进行多层体内部位相测量，并进行了细丝的实验测量，该方法可扩展应用于晶体损伤测量。同时采用球面波照明的方式发展了光学元件三维应力动态形貌测量新方法；与此同时，进一步发展了基于单光束位相测量的新方法，提出利用三强度方法及位相迭代算法对晶体的损伤初期位相特性(缺陷特性)进行测量，还利用共轭梯度优化算法实现相位反演重建。此项研究为KDP等光学元器件三维损伤的检测和分析提供了有效手段。2.在损伤机理研究方面，深入研究了KDP/DKDP晶体在高能短脉冲作用下损伤机理，特别是多波长照射下晶体损伤特性，分析了纳秒级高功率激光辐照条件下晶体损伤中的热传递模型；研究了多波长下的非线性传输过程及非线性成丝规律，并进行了初步理论分析。理论研究了在晶体损伤状态下损伤概率分布函数，以及提出小口径外推到大口径的损伤物理模型；提出了利用宽带非相干光源进行损伤检测以及标定损伤阈值的新方法，更准确地评估了元件的损伤阈值。此项研究为高功率激光系统负载能力提升提供了机理性认识。3.研究了在导致损伤的主要诱因-缺陷引起的高功率激光光束非线性传输特性，得到了光场传输光强极值的演变规律，为深刻认识高功率激光系统中损伤产生的非线性调制的物理起因奠定了坚实基础，可为高功率激光物理二维度的空间分布精细特征提供方向性指导。.本项目实施期间，共计撰写文章16篇，申请发明专利3项。培养研究生4名。