Ktp晶体疲劳损伤在线监测的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及高功率激光技术领域，具体涉及一种KTP晶体疲劳损伤在线监测 的装置。
【背景技术】
[0002] 磷酸氧钛钾（简称KTP)晶体具有大的非线性系数和电光系数，能在较宽的温度范 围内实现I、II类相位匹配，是一种优良的非线性光学晶体材料。然而倍频过程中激光出现 的灰迹现象，将强烈吸收入射激光的能量，从而引起光束畸变，甚至造成KTP晶体灾难性的 破坏，从一定程度上限制了 KTP晶体在高功率倍频系统中的使用。为了避免KTP晶体在高 功率倍频系统中的灾难性损伤，必须对KTP晶体的疲劳损伤现象进行在线监测。而采用色 心吸收理论和断键理论是解决KTP晶体疲劳损伤在线监测的有效方法之一。
[0003] 目前光学元件的监测方法主要有成像法和能量散射法两类。能量法主要有散射光 接收法和频谱分析法。散射光接收法基于在30° -50°的立方角内的总能量和损伤面积的 大小成线性关系，通过测量这一立体角的损伤散射光的能量判断损伤的面积大小。频谱分 析法根据测量损伤衍射光的傅里叶频谱面上衍射光的角谱能量，依据角谱上的能量分布和 损伤形态的数学关系，推算得出损伤的尺寸和损伤深度。能量法虽能更好地描述损伤的内 部特征，但检测结果不直观，且不能检测疲劳损伤。
[0004] 成像法是一种传统的损伤检测方法，有目测法、滤波成像法、暗场成像法、激光衍 射图样识别法、疵病的激光频谱分析法、表面疵病的掠射法、虚像叠加比较法以及全内反射 显微成像法。目测法和虚像叠加比较法检测结果受人为主观因素的制约，检测活动只能在 实验室中进行，不适合ICF激光驱动大口径光学元件的在线监测；掠射法监测灵敏度和精 度较高，但需逐点扫描成像，检测过程耗时过长，不适合损伤在线快速检测；滤波法虽能较 好地抑制背景光场，并且灵敏度较高，但是不能对疲劳损伤进行检测。
[0005] 当高强度激光与KTP晶体相互作用时，由于多光子电离、隧道电离、雪崩电离等非 线性过程产生大量电子-空穴对，当电子或空穴被晶体本身缺陷捕获时形成色心，色心大 量吸收入射光的能量，在光行进的路径上表现为一条灰色的暗迹，即灰迹，经长时间的放置 或高温退火此灰迹可消失。灰迹现象是KTP晶体在高功率重复脉冲作用下的一种特有现 象，更是一种疲劳损伤现象。灰迹KTP晶体如果继续工作在高强度激光作用下，将发生永久 性损伤。在光行进的路径上出现灰色的暗迹说明激光与KTP晶体相互作用区域大量吸收可 见光能量，对可见光吸收系数大大增加，灰迹程度越严重，对可见光的吸收越严重，KTP晶体 的透过率越低，从而导致倍频转换效率下降。如果KTP晶体出现永久性损伤，也将大量散射 入射光的能量，导致KTP晶体透过率迅速下降，其下降的程度远大于灰迹KTP晶体。因此根 据KTP晶体高强度激光作用区对He-Ne激光的透过率在线监测KTP晶体的疲劳和永久性损 伤，这正是本实用新型的任务所在。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种KTP晶体疲劳损伤在线监测的装置，利 用KTP晶体发生疲劳或永久性损伤时，损伤点将大量吸收和散射可见光的能量，导致损伤 点对可见光透过率下降，通过在线测量KTP晶体高强度激光辐照点对He-Ne激光的透过率 来在线监测KTP晶体的疲劳和永久性损伤。
[0007] 为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种KTP晶体疲劳损伤在线监测 的装置，包括高能激光器，透镜，KTP晶体，光吸收池，分光镜，He-Ne激光器，第一能量计，第 二能量计，同步控制器，路由器和计算机控制系统；所述透镜设置在高能激光器和KTP晶体 之间，用于聚焦高能激光器发射的高能激光，光吸收池设置在KTP晶体后端，用于吸收透过 KTP晶体的高能激光；所述分光镜设置在He-Ne激光器和KTP晶体之间，用于将He-Ne激光 器发出的He-Ne激光分别入射到第一能量计和KTP晶体，He-Ne激光经过KTP晶体激光辐 照区后入射到第二能量计；
[0008] 所述同步控制器分别和高能激光器、He-Ne激光器、第一能量计、第二能量计和计 算机控制系统连接，计算机控制系统通过同步控制器控制高能激光器、He-Ne激光器、第一 能量计、第二能量计的通断；所述路由器分别与第一能量计、第二能量计和计算机控制系统 连接，第一能量计、第二能量计测得的数据经路由器传给计算机控制系统，计算机控制系统 对接收到的数据进行处理并判定KTP晶体工作状态。
[0009] 所述第一能量计和第二能量计测试波段包含对波长为633nm连续波的测试。
[0010] 所述分光镜是对633nm的光半反半透的分光镜。
[0011] 本实用新型利用KTP晶体与高强度激光相互作用产生的疲劳损伤使激光辐照区 对He-Ne激光透过率下降的原理，利用能量计测量其透光率并把测量结果实时传送给计算 机控制系统处理，并根据处理的结果实时判定KTP晶体的疲劳损伤状态，根据KTP晶体的疲 劳损伤状态决定高能激光的启停，从而避免KTP晶体永久性损伤，且其控制精度高，操作方 便、简单，为精确确定KTP晶体的疲劳损伤提供了可靠保障，为高功率倍频系统的发展奠定 了基础。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型KTP晶体疲劳损伤在线监测装置的结构示意图。
[0013] 图2是本实用新型中KTP晶体532nm吸收系数与导带电子密度关系曲线。
[0014] 图3是本实用新型中不同能量高能激光脉冲辐照过程中，KTP晶体对He-Ne激光 的透过率曲线。
[0015] 图4是本实用新型所用KTP晶体经高能激光辐照前后的透过谱。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和实施例对本实用新型所述方法及其装置作进一步详细说明，它仅 用于说明本实用新型的一些具体的实施方式，而不应理解为对本实用新型保护范围的任何 限定。
[0017] -种KTP晶体疲劳损伤在线监测的装置，如图1所示，包括高能激光器1、透镜2、 KTP晶体3、光吸收池4、分光镜5、He-Ne激光器6、第一能量计7,第二能量计8、同步控制器 9、路由器10和计算机控制系统11。
[0018] 透镜2设置在高能激光器1和KTP晶体3之间，用于聚焦高能激光器2发射的高 能激光。光吸收池4设置在KTP晶体3后端，用于吸收透过KTP晶体3的高能激光。分光 镜5设置在He-Ne激光器6和KTP晶体3之间，分光镜5将He-Ne激光器6发出的He-Ne 激光分成两束，一束入射到第一能量计7中，另一束经过KTP晶体3激光辐照区后入射到 第二能量计8。第一能量计7实时测量He-Ne激光未经过KTP晶体激光辐照区的能量，第二 能量计8实时测量He-Ne激光经过KTP晶体激光辐照区的能量。
[0019] 同步控制器9分别与高能激光器1、He-Ne激光器6、第一能量计7、第二能量计8 和计算机控制系统11连接。同步控制器9控制高能激光器UHe-Ne激光器6同时开启或 关闭，并控制第一能量计7、第二能量计8同步测量未经过或经过KTP晶体的He-Ne光的能 量。计算机控制系统11通过同步控制器9控制与高能激光器1、He-Ne激光器6的开启。
[0020] 第一能量计7、第二能量计8与路由器10相连接，路由器10与计算机控制系统11 相连接，将测量的能量数据传输至计算机控制系统11，计算机控制系统11通过路由器10向 第一能量计7、第二能量计8发送量程、测量波长修改指令。计算机控制系统11对接收到的 数据进行处理并判定KTP晶体工作状态，并根据判定结果控制高能激光器1的开启或关闭。
[0021] 本实用新型KTP晶体疲劳损伤在线监测的装置，利用KTP晶体在高强度激光脉冲 作用下产生的非线性现象-灰迹现象，通过灰迹对可见光的吸收来监测KTP晶体的疲劳损 伤。超过一定功率密度的激光入射在KTP晶体上，在倍频过程中由于多光子吸收，电子从价 带跃迀到导带，光致电离产生大量电子-空穴对，产生的电子或空穴被KTP晶体中的杂质或 缺陷捕获形成色心，从而在光行进的路径上产生灰色暗迹，即灰迹。电子的跃迀使KTP晶体 导带电子密度发生变化，KTP晶体吸收系数是导带电子密度的函数，如下式所示：
[0022]
【主权项】
1. 一种KTP晶体疲劳损伤在线监测的装置，其特征在于包括高能激光器（1)，透镜（2)， KTP晶体（3)，光吸收池（4)，分光镜（5)，He-Ne激光器（6)，第一能量计（7)，第二能量计 (8)，同步控制器（9)，路由器（10)和计算机控制系统（11);所述透镜（2)设置在高能激光 器⑴和KTP晶体（3)之间，用于聚焦高能激光器⑴发射的高能激光，光吸收池⑷设置 在KTP晶体（3)后端，用于吸收透过KTP晶体（3)的高能激光；所述分光镜（5)设置在He-Ne 激光器（6)和KTP晶体（3)之间，用于将He-Ne激光器（6)发出的He-Ne激光分别入射到 第一能量计（7)和KTP晶体（3)，He-Ne激光经过KTP晶体（3)激光辐照区后入射到第二能 量计（8); 所述同步控制器（9)分别和高能激光器（1)、He-Ne激光器（6)、第一能量计（7)、第二 能量计⑶和计算机控制系统（11)连接，计算机控制系统（11)通过同步控制器（9)控制高 能激光器（1)、He-Ne激光器（6)、第一能量计（7)、第二能量计（8)的通断；所述路由器（10) 分别与第一能量计（7)、第二能量计（8)和计算机控制系统（11)连接，第一能量计（7)、第 二能量计（8)测得的数据经路由器（10)传给计算机控制系统（11)，计算机控制系统（11) 对接收到的数据进行处理并判定KTP晶体工作状态。
2. 根据权利要求1所述的KTP晶体疲劳损伤在线监测的装置，其特征在于，所述第一能 量计（7)和第二能量计（8)测试波段包含对波长为633nm连续波的测试。
3. 根据权利要求1所述的KTP晶体疲劳损伤在线监测的装置，其特征在于，所述分光镜 (5)是对633nm的光半反半透的分光镜。
【专利摘要】本实用新型公开了一种KTP晶体疲劳损伤在线监测的装置，包括高能激光器，透镜，KTP晶体，光吸收池，分光镜，He-Ne激光器，第一能量计，第二能量计，同步控制器，路由器和计算机控制系统。本实用新型利用KTP晶体与高强度激光相互作用产生的疲劳损伤使激光辐照区对He-Ne激光透过率下降的原理，利用能量计测量其透光率并把测量结果实时传送给计算机控制系统处理，并根据处理的结果实时判定KTP晶体的疲劳损伤状态，根据KTP晶体的疲劳损伤状态决定高能激光的启停，从而避免KTP晶体永久性损伤，且其控制精度高，操作方便、简单，为精确确定KTP晶体的疲劳损伤提供了可靠保障，为高功率倍频系统的发展奠定了基础。
【IPC分类】G01N21-01, G01N21-958
【公开号】CN204359709
【申请号】CN201420799209
【发明人】张秋慧, 吕宽洲, 李娜, 付国定, 李小魁
【申请人】河南工程学院
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月17日