DKDP晶体中缺陷形成机制及其对三倍频光学损伤影响的研究

Deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP) crystals are an important nonlinear optical material used in high power laser systems which are developing for inertial confinement fusion (ICF). However, the laser induced damage threshold of as grown crystal is one order of magnitude lower than that of theory calculation. This issue seriously limits the laser output and frequency conversion efficiency. And it seriously restricts the development of ICF. Thus it has attracted intensive attentions on how to improve the laser induced damage threshold of DKDP crystal.. The damage initiation in DKDP has been attributed to either impurity particles incorporated during growth or clusters of intrinsic material defects that form during growth. However, the bulk damage mechanism is still not well explained. The precise nature of these defects and the growth parameters affecting their concentrations have not yet been identified. This project will comprehensively research the formation of defects in DKDP crystal and the effect of growth conditions on it. Moreover, the influence of these defects on the optical absorption and the resistance to laser induced damage will be performed to optimize the growth conditions of DKDP crystal.

三倍频DKDP晶体是一种用于惯性约束核聚变（ICF）工程中高功率激光系统的重要光学晶体材料。但实际生长出来的晶体的激光损伤阈值还是比理论计算结果低一个数量级，这严重限制了激光输出通量和频率转换效率，成为制约惯性约束核聚变发展和应用的瓶颈。如何提高DKDP晶体的激光损伤阈值一直是国内外研究的热点。. 一般认为晶体损伤是由生长过程产生的杂质粒子及缺陷团簇所引起，但目前损伤发生的机理还不清楚，晶体中缺陷的性质及生长条件对其影响还不明确。本项目计划对引起晶体损伤的缺陷进行系统的研究，并开展晶体生长条件对这些缺陷形态分布的影响研究，分析缺陷产生的原因。此外，研究各种缺陷对晶体的光学吸收特性以及抗激光损伤能力的影响，最终优化晶体生长条件以期获得高质量的DKDP晶体。

三倍频DKDP晶体是一种用于惯性约束核聚变（ICF）工程中高功率激光系统的重要光学晶体材料。但实际生长出来的晶体的激光损伤阈值还是比理论计算结果低一个数量级，这严重限制了激光输出通量和频率转换效率，成为制约惯性约束核聚变发展和应用的瓶颈。如何提高DKDP晶体的激光损伤阈值一直是国内外研究的热点。一般认为晶体损伤是由生长过程产生的杂质粒子及缺陷团簇所引起，但目前损伤发生的机理还不清楚，晶体中缺陷的性质及生长条件对其影响还不明确。.本课题对引起晶体损伤的缺陷进行了系统的研究，并开展晶体生长条件对这些缺陷形态分布的影响研究，初步分析缺陷形成原因。研究过程中，我们生长了系列DKDP晶体，其次采用不同原料、不同生长方法生长了80%DKDP晶体，还制备了部分DADP晶体。晶体生长原料中杂质离子含量低，对晶体柱面的阻碍作用较小，有利于晶体的快速生长。快速生长的晶体中吸附的杂质金属离子含量要明显多于传统法生长的晶体。对系列氘含量DKDP晶体和不同原料、方法生长的80%DKDP晶体的光学性质，包括透过光谱、激光损伤阈值和损伤特性进行了研究。对引起DKDP晶体损伤的缺陷进行了分类研究，利用正电子湮没技术、电子顺磁共振波谱等方法研究了氘化、原料等对晶体中点缺陷的影响。发现随着氘化浓度的提高，DKDP晶体内部中性填隙缺陷以及氧缺陷不断增加，缺陷浓度表现为不断减少。对于KDP/DKDP晶体在生长过程中形成的尺寸较大的位错，我们也采用同步辐射白光形貌技术进行了表征，发现在籽晶附近的位错密度非常大。并进一步采用中子衍射应力技术对晶体内的位错等缺陷导致的内应力进行了表征。通过中子衍射应力分析技术表征生长条件的波动在DKDP晶体产生的应力，分析产生应力相关的缺陷，结合晶体光学吸收特性研究，判定影响晶体生长应力的缺陷种类，优化生长工艺以期制备高光学质量晶体。