夹持方式和加工误差对大口径薄型KDP晶体附加面形的影响

惯性约束聚变频率转换系统中,大口径薄型KDP晶体的面形质量是影响频率转换效率能否达到设计要求的关键因素之一。针对45°放置状态下口径为400 mm×400 mm的三倍频KDP晶体,采用ANSYS有限元分析软件,建立了不同夹持方式和具有不同加工误差的KDP晶体模型和夹具模型,分析了加工误差对不同夹持方式下KDP晶体附加面形的影响,给出了不同加工误差和不同夹持情况下,KDP晶体附加面形

第 2 4卷第 9期 21 0 2年 9月

强激光与粒子束 HI GH POW ER LASER AND PARTI CLE BEAM S

Vo1 2 . 4,NO 9 . Se p., 2 1 02

文章编号： i 0— 3 2( 0 2 0— 0 90 0 14 2 2 1 ) 92 7— 6

夹持方式和加工误差对大口径薄型 KD P晶体附加面形的影响 徐攀，崔凯洪，张彬 贾凯，熊召 袁晓东 , , ( .四川大学电子信息学院，成都 6 0 6; 2 1 1 0 4 .中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四J绵阳 6 1 0 ) I』 2 90

摘要：惯性约束聚变频率转换系统中，口径薄型 K 大 DP晶体的面形质量是影响频率转换效率能否达到设计要求的关键因素之一。针对 4。置状态下口径为 40mm×4 0mm的三倍频 KD 5放 0 0 P晶体，用 AN 采— S S有限元分析软件，立了不同夹持方式和具有不同加工误差的 K P晶体模型和夹具模型，析了加工误 Y建 D分差对不同夹持方式下 KD P晶体附加面形的影响，出了不同加工误差和不同夹持情况下， P晶体附加面形’给 KD

的 P V值和 R— MS值。研究结果表明，持方式和加工误差是引起 KD晶体附加面形变化的重要因素，面夹 P正 压条夹持方式即使在晶体和夹具存在加工误差时也可以较好地控制晶体的附加面形。

关键词：惯性约束聚变； K P晶体；加工误差；夹持方式；频率转换效率 D 中图分类号： 04 9 3文献标志码： A d i1 . 7 8 HPL 2 1 2 0 . 0 9 o:0 3 8/ PB 0 2 4 9 2 7

在惯性约束聚变 (C ) I F实验中，了提高靶丸对激光的吸收率，为减少超热电子的影响，加消融压力以及增减小激光的后向散射，需要采用短波长的激光进行打靶l]并且， _,】 激光峰值功率受限于系统光学元件的损伤阈值_, 3需要利用大口径 (0] 4 0mm×4 0mm以上 ) 0 KDP晶体对激光进行频率变换输出， KD而 P晶体随着口径的不断增大和厚度的减小，宽厚比也随之不断增加，而造成其在使

用过程中极易受外界因素的影响，其是其从尤

固定晶体的夹持方式和夹具加工误差会引起面形变化。由于附加面形变化会导致 K DP晶体的晶轴弯曲，从 而影响频率转换过程的相位匹配条件，得倍频光的输出效率明显减小，而影响最终的 I F点火”因此大使进 C“,口径终端光学单元 ( O中的频率转换器是 I F驱动器精密设计中的一个巨大挑战_。国内外各 I F实验 F C) C 4] C室均对大口径频率转换器的精密装校进行了优化设计，提出了各自的夹持方案。美国 NI并 F装置提出了优化重力形变的全围夹持方式 _,国 L 5法] MJ统也提出了优化三倍频转换效率的粘胶方式 _。系 6]

在F OC中，频率转换系统通常由工类二倍频 KD P晶体和Ⅱ类三倍频 KD P晶体组成。在实际应用过程 中，晶体和夹持器件存在一定的加工误差，由于不同的加工误差可能导致晶体与支撑框之间的接触位置不同， 其造成的不同夹持方式对晶体面形变化影响大小的结论，比理想状态下得出的结论就可能存在很大的差别。相 因此，本文三倍频 K DP晶体以 4。 5放置状态为例，合考虑了晶体和夹持器件的加工误差，综建立了不同夹持方式下具有加工误差的 KDP晶体及其夹具的仿真模型，分析了加工误差对不同夹持方式下 KDP晶体附加面形的影响，给出 KDP晶体在不同加工误差和不同夹持方式情况下的附加面形 P V值和 R并— MS值。

1理论模型 11 I ./Ⅱ类三倍频频率转换型构型

,

, \ E

在 I F驱动器中， C三倍频激光的输出通常是由频率 为的基频光沿着倍频 KD P晶体 (类相位匹配 ) 0 I的 轴变换为频率为的倍频光输出后，与剩余基频光分再别沿着和频 KD P晶体 (I 1类相位匹配 ) 0轴和 E轴在的和频 KDP晶体中变换为沿 E轴的频率为∞。的三倍频光，构型如图 1所示。其 0

D: r n r xs o di a y a i E: x r o di a y a i e ta r n r xs

F g Co fg r t n o h r a mo i e e a i n d v c i .1 n i u a i ft id h r n c g n r to e ie o

图 1频率转

换装置示意图

*收稿日期： 0 1 1 7 2 1 - 11;

修订日期： 0 2 0 3 2 1 - 2 1

作者简介：徐通信作者：张

攀 ( 9 7 )男，士研究生，要从事激光与光通信的研究；pn a— x 1 6 em。 1 8一，硕主 a p n y@ 2 .o 彬 ( 9 9 )女，授，士生导师，要从事激光物理技术研究； hn bnf sh . o 16,教博主 z ag if o u cr@ n