Ktp晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及高功率激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測 的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 磷酸氧鈦鉀（簡稱KTP)晶體具有大的非線性系數(shù)和電光系數(shù)，能在較寬的溫度范 圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)I、II類相位匹配，是一種優(yōu)良的非線性光學(xué)晶體材料。然而倍頻過程中激光出現(xiàn) 的灰跡現(xiàn)象，將強(qiáng)烈吸收入射激光的能量，從而引起光束畸變，甚至造成KTP晶體災(zāi)難性的 破壞，從一定程度上限制了 KTP晶體在高功率倍頻系統(tǒng)中的使用。為了避免KTP晶體在高 功率倍頻系統(tǒng)中的災(zāi)難性損傷，必須對KTP晶體的疲勞損傷現(xiàn)象進(jìn)行在線監(jiān)測。而采用色 心吸收理論和斷鍵理論是解決KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的有效方法之一。
[0003] 目前光學(xué)元件的監(jiān)測方法主要有成像法和能量散射法兩類。能量法主要有散射光 接收法和頻譜分析法。散射光接收法基于在30° -50°的立方角內(nèi)的總能量和損傷面積的 大小成線性關(guān)系，通過測量這一立體角的損傷散射光的能量判斷損傷的面積大小。頻譜分 析法根據(jù)測量損傷衍射光的傅里葉頻譜面上衍射光的角譜能量，依據(jù)角譜上的能量分布和 損傷形態(tài)的數(shù)學(xué)關(guān)系，推算得出損傷的尺寸和損傷深度。能量法雖能更好地描述損傷的內(nèi) 部特征，但檢測結(jié)果不直觀，且不能檢測疲勞損傷。
[0004] 成像法是一種傳統(tǒng)的損傷檢測方法，有目測法、濾波成像法、暗場成像法、激光衍 射圖樣識別法、疵病的激光頻譜分析法、表面疵病的掠射法、虛像疊加比較法以及全內(nèi)反射 顯微成像法。目測法和虛像疊加比較法檢測結(jié)果受人為主觀因素的制約，檢測活動只能在 實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，不適合ICF激光驅(qū)動大口徑光學(xué)元件的在線監(jiān)測；掠射法監(jiān)測靈敏度和精 度較高，但需逐點(diǎn)掃描成像，檢測過程耗時過長，不適合損傷在線快速檢測；濾波法雖能較 好地抑制背景光場，并且靈敏度較高，但是不能對疲勞損傷進(jìn)行檢測。
[0005] 當(dāng)高強(qiáng)度激光與KTP晶體相互作用時，由于多光子電離、隧道電離、雪崩電離等非 線性過程產(chǎn)生大量電子-空穴對，當(dāng)電子或空穴被晶體本身缺陷捕獲時形成色心，色心大 量吸收入射光的能量，在光行進(jìn)的路徑上表現(xiàn)為一條灰色的暗跡，即灰跡，經(jīng)長時間的放置 或高溫退火此灰跡可消失?；役E現(xiàn)象是KTP晶體在高功率重復(fù)脈沖作用下的一種特有現(xiàn) 象，更是一種疲勞損傷現(xiàn)象?；役EKTP晶體如果繼續(xù)工作在高強(qiáng)度激光作用下，將發(fā)生永久 性損傷。在光行進(jìn)的路徑上出現(xiàn)灰色的暗跡說明激光與KTP晶體相互作用區(qū)域大量吸收可 見光能量，對可見光吸收系數(shù)大大增加，灰跡程度越嚴(yán)重，對可見光的吸收越嚴(yán)重，KTP晶體 的透過率越低，從而導(dǎo)致倍頻轉(zhuǎn)換效率下降。如果KTP晶體出現(xiàn)永久性損傷，也將大量散射 入射光的能量，導(dǎo)致KTP晶體透過率迅速下降，其下降的程度遠(yuǎn)大于灰跡KTP晶體。因此根 據(jù)KTP晶體高強(qiáng)度激光作用區(qū)對He-Ne激光的透過率在線監(jiān)測KTP晶體的疲勞和永久性損 傷，這正是本實(shí)用新型的任務(wù)所在。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的裝置，利 用KTP晶體發(fā)生疲勞或永久性損傷時，損傷點(diǎn)將大量吸收和散射可見光的能量，導(dǎo)致?lián)p傷 點(diǎn)對可見光透過率下降，通過在線測量KTP晶體高強(qiáng)度激光輻照點(diǎn)對He-Ne激光的透過率 來在線監(jiān)測KTP晶體的疲勞和永久性損傷。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測 的裝置，包括高能激光器，透鏡，KTP晶體，光吸收池，分光鏡，He-Ne激光器，第一能量計(jì)，第 二能量計(jì)，同步控制器，路由器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；所述透鏡設(shè)置在高能激光器和KTP晶體 之間，用于聚焦高能激光器發(fā)射的高能激光，光吸收池設(shè)置在KTP晶體后端，用于吸收透過 KTP晶體的高能激光；所述分光鏡設(shè)置在He-Ne激光器和KTP晶體之間，用于將He-Ne激光 器發(fā)出的He-Ne激光分別入射到第一能量計(jì)和KTP晶體，He-Ne激光經(jīng)過KTP晶體激光輻 照區(qū)后入射到第二能量計(jì)；
[0008] 所述同步控制器分別和高能激光器、He-Ne激光器、第一能量計(jì)、第二能量計(jì)和計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)連接，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過同步控制器控制高能激光器、He-Ne激光器、第一 能量計(jì)、第二能量計(jì)的通斷；所述路由器分別與第一能量計(jì)、第二能量計(jì)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 連接，第一能量計(jì)、第二能量計(jì)測得的數(shù)據(jù)經(jīng)路由器傳給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并判定KTP晶體工作狀態(tài)。
[0009] 所述第一能量計(jì)和第二能量計(jì)測試波段包含對波長為633nm連續(xù)波的測試。
[0010] 所述分光鏡是對633nm的光半反半透的分光鏡。
[0011] 本實(shí)用新型利用KTP晶體與高強(qiáng)度激光相互作用產(chǎn)生的疲勞損傷使激光輻照區(qū) 對He-Ne激光透過率下降的原理，利用能量計(jì)測量其透光率并把測量結(jié)果實(shí)時傳送給計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)處理，并根據(jù)處理的結(jié)果實(shí)時判定KTP晶體的疲勞損傷狀態(tài)，根據(jù)KTP晶體的疲 勞損傷狀態(tài)決定高能激光的啟停，從而避免KTP晶體永久性損傷，且其控制精度高，操作方 便、簡單，為精確確定KTP晶體的疲勞損傷提供了可靠保障，為高功率倍頻系統(tǒng)的發(fā)展奠定 了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2是本實(shí)用新型中KTP晶體532nm吸收系數(shù)與導(dǎo)帶電子密度關(guān)系曲線。
[0014] 圖3是本實(shí)用新型中不同能量高能激光脈沖輻照過程中，KTP晶體對He-Ne激光 的透過率曲線。
[0015] 圖4是本實(shí)用新型所用KTP晶體經(jīng)高能激光輻照前后的透過譜。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型所述方法及其裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明，它僅 用于說明本實(shí)用新型的一些具體的實(shí)施方式，而不應(yīng)理解為對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的任何 限定。
[0017] -種KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的裝置，如圖1所示，包括高能激光器1、透鏡2、 KTP晶體3、光吸收池4、分光鏡5、He-Ne激光器6、第一能量計(jì)7,第二能量計(jì)8、同步控制器 9、路由器10和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11。
[0018] 透鏡2設(shè)置在高能激光器1和KTP晶體3之間，用于聚焦高能激光器2發(fā)射的高 能激光。光吸收池4設(shè)置在KTP晶體3后端，用于吸收透過KTP晶體3的高能激光。分光 鏡5設(shè)置在He-Ne激光器6和KTP晶體3之間，分光鏡5將He-Ne激光器6發(fā)出的He-Ne 激光分成兩束，一束入射到第一能量計(jì)7中，另一束經(jīng)過KTP晶體3激光輻照區(qū)后入射到 第二能量計(jì)8。第一能量計(jì)7實(shí)時測量He-Ne激光未經(jīng)過KTP晶體激光輻照區(qū)的能量，第二 能量計(jì)8實(shí)時測量He-Ne激光經(jīng)過KTP晶體激光輻照區(qū)的能量。
[0019] 同步控制器9分別與高能激光器1、He-Ne激光器6、第一能量計(jì)7、第二能量計(jì)8 和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11連接。同步控制器9控制高能激光器UHe-Ne激光器6同時開啟或 關(guān)閉，并控制第一能量計(jì)7、第二能量計(jì)8同步測量未經(jīng)過或經(jīng)過KTP晶體的He-Ne光的能 量。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11通過同步控制器9控制與高能激光器1、He-Ne激光器6的開啟。
[0020] 第一能量計(jì)7、第二能量計(jì)8與路由器10相連接，路由器10與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11 相連接，將測量的能量數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11通過路由器10向 第一能量計(jì)7、第二能量計(jì)8發(fā)送量程、測量波長修改指令。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11對接收到的 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并判定KTP晶體工作狀態(tài)，并根據(jù)判定結(jié)果控制高能激光器1的開啟或關(guān)閉。
[0021] 本實(shí)用新型KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的裝置，利用KTP晶體在高強(qiáng)度激光脈沖 作用下產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象-灰跡現(xiàn)象，通過灰跡對可見光的吸收來監(jiān)測KTP晶體的疲勞損 傷。超過一定功率密度的激光入射在KTP晶體上，在倍頻過程中由于多光子吸收，電子從價 帶躍迀到導(dǎo)帶，光致電離產(chǎn)生大量電子-空穴對，產(chǎn)生的電子或空穴被KTP晶體中的雜質(zhì)或 缺陷捕獲形成色心，從而在光行進(jìn)的路徑上產(chǎn)生灰色暗跡，即灰跡。電子的躍迀使KTP晶體 導(dǎo)帶電子密度發(fā)生變化，KTP晶體吸收系數(shù)是導(dǎo)帶電子密度的函數(shù)，如下式所示：
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的裝置，其特征在于包括高能激光器（1)，透鏡（2)， KTP晶體（3)，光吸收池（4)，分光鏡（5)，He-Ne激光器（6)，第一能量計(jì)（7)，第二能量計(jì) (8)，同步控制器（9)，路由器（10)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（11);所述透鏡（2)設(shè)置在高能激光 器⑴和KTP晶體（3)之間，用于聚焦高能激光器⑴發(fā)射的高能激光，光吸收池⑷設(shè)置 在KTP晶體（3)后端，用于吸收透過KTP晶體（3)的高能激光；所述分光鏡（5)設(shè)置在He-Ne 激光器（6)和KTP晶體（3)之間，用于將He-Ne激光器（6)發(fā)出的He-Ne激光分別入射到 第一能量計(jì)（7)和KTP晶體（3)，He-Ne激光經(jīng)過KTP晶體（3)激光輻照區(qū)后入射到第二能 量計(jì)（8); 所述同步控制器（9)分別和高能激光器（1)、He-Ne激光器（6)、第一能量計(jì)（7)、第二 能量計(jì)⑶和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（11)連接，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（11)通過同步控制器（9)控制高 能激光器（1)、He-Ne激光器（6)、第一能量計(jì)（7)、第二能量計(jì)（8)的通斷；所述路由器（10) 分別與第一能量計(jì)（7)、第二能量計(jì)（8)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（11)連接，第一能量計(jì)（7)、第 二能量計(jì)（8)測得的數(shù)據(jù)經(jīng)路由器（10)傳給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（11)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（11) 對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并判定KTP晶體工作狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的裝置，其特征在于，所述第一能 量計(jì)（7)和第二能量計(jì)（8)測試波段包含對波長為633nm連續(xù)波的測試。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的裝置，其特征在于，所述分光鏡 (5)是對633nm的光半反半透的分光鏡。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種KTP晶體疲勞損傷在線監(jiān)測的裝置，包括高能激光器，透鏡，KTP晶體，光吸收池，分光鏡，He-Ne激光器，第一能量計(jì)，第二能量計(jì)，同步控制器，路由器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型利用KTP晶體與高強(qiáng)度激光相互作用產(chǎn)生的疲勞損傷使激光輻照區(qū)對He-Ne激光透過率下降的原理，利用能量計(jì)測量其透光率并把測量結(jié)果實(shí)時傳送給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)處理，并根據(jù)處理的結(jié)果實(shí)時判定KTP晶體的疲勞損傷狀態(tài)，根據(jù)KTP晶體的疲勞損傷狀態(tài)決定高能激光的啟停，從而避免KTP晶體永久性損傷，且其控制精度高，操作方便、簡單，為精確確定KTP晶體的疲勞損傷提供了可靠保障，為高功率倍頻系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
【IPC分類】G01N21-01, G01N21-958
【公開號】CN204359709
【申請?zhí)枴緾N201420799209
【發(fā)明人】張秋慧, 呂寬洲, 李娜, 付國定, 李小魁
【申請人】河南工程學(xué)院
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月17日