一种KDP倍频晶体结构

本发明涉及激光领域，特别是涉及一种kdp倍频晶体结构。

背景技术：

1、用于产生超强超短激光脉冲的啁啾脉冲放大技术(chirpedpulseamplification，简称cpa)是目前最具创新能力及发展潜力的放大技术之一，结合性能优越的增益介质的发现，人们在普通光学平台上所能实现的激光峰值功率在短短数年里提高了7个量级，目前已经达到了10pw(拍瓦，1pw＝1015w)量级。以nd:glass玻璃为放大介质的cpa系统已实现了1.5pw，中心波长为1064nm的脉冲输出；以ti:sapphire掺钛蓝宝石晶体为放大介质的cpa系统目前已获得了10pw，成为目前cpa放大系统的主流发展方向，该放大系统中心波长为800nm的脉冲输出，这种峰值功率为tw量级(太瓦，1tw＝1012w)，脉冲宽度为fs量级(飞秒，1fs＝10-15s)的脉冲可产生的激光强度已经超过了1020w/cm2，这种超强度的脉冲在高次谐波发射，超高密度等离子体获得，超快x射线的产生，惯性约束核聚变，小型化的高梯度粒子加速器等方面有广泛的应用，为这些极端条件的获得提供了有力的手段。

2、但是，这种超强度脉冲的输出波段一般在红外和近红外，有必要将其频率扩展到可见，甚至是紫外波段。目前，最常用的技术就是通过一类相位匹配倍频方法实现波长的下转换。这种倍频以后的超短脉冲，能够有效降低背景噪声和预脉冲幅度，有利于更加清晰地了解主脉冲与物质相互作用的物理实质。由于晶体kdp群速失配系数很小(83fs/mm)，同时接收角大(4min/cm)，接收带宽(1.6nm/cm)远大于bbo晶体、lbo晶体等，从而成为宽带高强度脉冲首选的倍频晶体。超短脉冲在倍频过程中基波与倍频波之间存在严重的群速失配，极大地限制了倍频晶体的长度，一般长度在1～2mm之间，这么短的晶体要想获得高的转换效率，就必须提高基频光的强度，其强度一般大于(100gw/cm2)，如此强的基频光，很容易造成镀膜层损伤，从而影响kdp晶体的使用寿命，这便对晶体的镀膜提出了很高要求。同时，由于薄kdp在空气中很易潮解，所以必须将晶体置于真空的封闭盒中，通过溶凝胶给kdp镀膜，这进一步增加了晶体的镀膜难度。

3、因此，有必要针对目前晶体kdp镀膜层易受高强度基频光损伤，从而造成晶体使用寿命短，镀膜难度增加，镀膜技术要求提高的弊端，提出一种新的晶体设计方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种kdp倍频晶体结构，其利用线偏振光在p平面内以布儒斯特角入射时，理论上无损耗的特点，利用π偏振管和σ偏振管分别对kdp晶体的入射面和出射面进行抽真空密封设计，代替现有的晶体镀膜，克服了现有晶体kdp镀膜层易受高强度基频光损伤，从而造成晶体使用寿命短，镀膜难度增加，镀膜技术要求提高的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种kdp倍频晶体结构，包括：

4、晶体固定结构；

5、kdp晶体，所述kdp晶体固定于所述晶体固定结构上，且所述kdp晶体的入射面和出射面分别暴露于所述晶体固定结构的两侧；所述kdp晶体用于将中心波长800nm的π偏振激光倍频为中心波长400nm的σ偏振激光；

6、π偏振管，所述π偏振管的一端开口，另一端由布儒斯特角斜面封闭，所述π偏振管的管壁上设置有抽真空口；所述π偏振管的开口端与所述晶体固定结构的一侧密封连接，以将所述kdp晶体的入射面密封；所述π偏振管能够对中心波长800nm的π偏振激光高透；

7、σ偏振管，所述σ偏振管的一端开口，另一端由布儒斯特角斜面封闭，所述σ偏振管的管壁上设置有抽真空口；所述σ偏振管的开口端与所述晶体固定结构的另一侧密封连接，以将所述kdp晶体的出射面密封；其中，所述σ偏振管的布儒斯特角斜面与所述π偏振管的布儒斯特角斜面相互垂直，所述σ偏振管能够对中心波长400nm的σ偏振激光高透；

8、空心夹，所述空心夹的中心开设有圆柱形安装孔，所述圆柱形安装孔的轴向一端设置有防止晶体脱出的挡圈，所述圆柱形晶体设置于所述圆柱形安装孔内，且所述圆柱形晶体的轴向一端与所述挡圈相抵，所述挡圈的内圈用于暴露所述入射面和所述出射面中的一者；

9、固定件，所述固定件与所述圆柱形安装孔的另一端连接，并与所述圆柱形晶体的轴向另一端相抵，以将所述圆柱形晶体固定于所述圆柱形安装孔内；所述固定件的中心开设镂空孔，用于暴露所述入射面和所述出射面中的另一者。

10、可选的，所述空心夹为圆柱状空心夹，所述圆柱形安装孔与所述圆柱状空心夹同轴布置；所述圆柱状空心夹的中间径向向外凸出形成台阶圆环，所述π偏振管的开口端套设于所述圆柱状空心夹的一端，并与所述台阶圆环的一侧端面密封连接，所述σ偏振管的开口端套设于所述圆柱状空心夹的另一端，并与所述台阶圆环的另一侧端面密封连接。

11、可选的，所述π偏振管的开口端与所述台阶圆环的一侧端面粘接密封；所述σ偏振管的开口端与所述台阶圆环的另一侧端面粘接密封。

12、可选的，所述圆柱状空心夹的侧壁内开设有若干平行于其轴向的通孔，所有所述通孔沿所述圆柱状空心夹周向均匀分布，且任意一所述通孔的两端均贯穿所述圆柱状空心夹的轴向两端，以实现所述π偏振管与所述σ偏振管的连通。

13、可选的，所述固定件与所述圆柱形安装孔螺纹连接。

14、可选的，所述π偏振管和所述σ偏振管均为圆柱形偏振管，且所述圆柱形晶体、所述π偏振管和所述σ偏振管同轴布置。

15、可选的，所述π偏振管和所述σ偏振管均为石英玻璃管；所述π偏振管的布儒斯特角斜面与所述π偏振管的轴线之间的夹角为34.5°，所述σ偏振管的布儒斯特角斜面与所述σ偏振管的轴线之间的夹角为34.2°。

16、可选的，所述圆柱形晶体的一类相位匹配角为43°42′，横截面直径为7mm，轴向长度为2mm。

17、可选的，所述晶体固定结构的材质为聚四氟乙烯。

18、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

19、本发明提出了一种高功率的kdp倍频晶体结构，将中心波长800nm的π偏振光，经过π偏振管，接着进入kdp晶体，由kdp晶体将中心波长800nm的π偏振光倍频为中心波长400nm的σ偏振光，最后从σ偏振管输出。π偏振管和σ偏振管的封闭端斜面均采用布儒斯特角设计，kdp晶体置于由π偏振管、σ偏振管和晶体固定结构围合形成的真空密闭管腔中，省去了晶体镀膜烦杂的程序，也避免了kdp晶体在空气中潮解，克服了现有晶体kdp镀膜层易受高强度基频光损伤，从而造成晶体使用寿命短，镀膜难度增加，镀膜技术要求提高的问题。整个晶体结构中的部件，如π偏振管、σ偏振管和晶体固定结构，结构简单，通过简单的机械加工即可获得，制造成本低。

20、本发明提出的kdp倍频晶体结构，可长期高效使用，为高功率倍频下，获得高损伤阈值的kdp晶体提供了可行的技术新途径，实用性强。

技术特征：

1.一种kdp倍频晶体结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述kdp晶体为圆柱形晶体，所述入射面和所述出射面分别位于所述圆柱形晶体的轴向两端；所述晶体固定结构包括：

3.根据权利要求2所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述空心夹为圆柱状空心夹，所述圆柱形安装孔与所述圆柱状空心夹同轴布置；所述圆柱状空心夹的中间径向向外凸出形成台阶圆环，所述π偏振管的开口端套设于所述圆柱状空心夹的一端，并与所述台阶圆环的一侧端面密封连接，所述σ偏振管的开口端套设于所述圆柱状空心夹的另一端，并与所述台阶圆环的另一侧端面密封连接。

4.根据权利要求3所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述π偏振管的开口端与所述台阶圆环的一侧端面粘接密封；所述σ偏振管的开口端与所述台阶圆环的另一侧端面粘接密封。

5.根据权利要求3所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述圆柱状空心夹的侧壁内开设有若干平行于其轴向的通孔，所有所述通孔沿所述圆柱状空心夹周向均匀分布，且任意一所述通孔的两端均贯穿所述圆柱状空心夹的轴向两端，以实现所述π偏振管与所述σ偏振管的连通。

6.根据权利要求2～5任意一项所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述固定件与所述圆柱形安装孔螺纹连接。

7.根据权利要求2～5任意一项所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述π偏振管和所述σ偏振管均为圆柱形偏振管，且所述圆柱形晶体、所述π偏振管和所述σ偏振管同轴布置。

8.根据权利要求7所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述π偏振管和所述σ偏振管均为石英玻璃管；所述π偏振管的布儒斯特角斜面与所述π偏振管的轴线之间的夹角为34.5°，所述σ偏振管的布儒斯特角斜面与所述σ偏振管的轴线之间的夹角为34.2°。

9.根据权利要求7所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述圆柱形晶体的一类相位匹配角为43°42′，横截面直径为7mm，轴向长度为2mm。

10.根据权利要求1～5任意一项所述的kdp倍频晶体结构，其特征在于，所述晶体固定结构的材质为聚四氟乙烯。

技术总结
本发明公开一种KDP倍频晶体结构，包括晶体固定结构、KDP晶体、π偏振管和σ偏振管；中心波长800nm的π偏振光，经过π偏振管，进入KDP晶体，由KDP晶体将中心波长800nm的π偏振光倍频为中心波长400nm的σ偏振光，最后从σ偏振管输出。π偏振管和σ偏振管的封闭端斜面均采用布儒斯特角设计，KDP晶体置于由π偏振管、σ偏振管和晶体固定结构围合形成的真空密闭管腔中，省去了晶体镀膜烦杂的程序，也避免了KDP晶体在空气中潮解，克服了现有晶体KDP镀膜层易受高强度基频光损伤，从而造成晶体使用寿命短，镀膜难度增加，镀膜技术要求提高的问题。本发明结构简单，通过简单的机械加工即可获得，制造成本低。

技术研发人员：令维军,杨金芳,张明霞,朱永乐,王玉平,路飞平,李向兵,董忠
受保护的技术使用者：天水师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13