[發明專利]一種激光倍頻晶體的精密夾持裝置與主動光學控制方法

有效

• 申請號: 201710344539.2
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107179591B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 王輝;張政;田門吉雅;劉天野;龍凱
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02B7/00
• 分類號: G02B7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種激光倍頻晶體的精密夾持裝置與主動光學控制方法，該裝置包括框架組件、晶體壓板、促動器支架、壓電納米促動器、球形壓頭、預緊螺釘和壓電陶瓷控制器。激光倍頻晶體元件在所述框架組件正面底部的凸臺實現底面定位；晶體壓板安裝在框架組件上對晶體進行初始預緊；壓電納米促動器安裝在促動器支架上，實現對晶體面形的超精密主動光學調控?；谠撗b置提出的全閉環裝校工藝流程將仿真建模計算、機械裝配預緊和自動光學調校串聯起來，可以有效提高晶體面形質量，從而保證高功率激光光束質量。最終實現慣性約束聚變裝置中大徑厚比光學元件更合理、更精準、更便捷、更高效的裝配。

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及激光慣性約束聚變裝置中高功率固體激光驅動器中的大口徑光學元件的精密裝配和校準，特別涉及一種激光倍頻晶體的精密夾持裝置與主動光學控制方法。

背景技術

在2.0MJ能級的巨型慣性約束聚變裝置(簡稱ICF)中，高功率激光束會經過預防大、濾波、主放大、濾波、倍頻以及調整聚焦等過程，最終實現對靶點的高能激光注入以引起氘-氚(DT)聚變反應。其中，倍頻組件位于激光光路最末端的終端光學組件之中，具有極其關鍵的作用：承擔著將波長為1053nm的基頻光轉換成波長為351nm的三倍頻光的任務，最終目的是提高靶點等離子體對激光的吸收利用效率。激光倍頻組件采用了人工生長單晶體——例如，磷酸二氫鉀(KDP)晶體——作為倍頻轉換的中間介質。這是一種典型的非線性光學材料，具有良好的激光透過性，非中心對稱晶體結構能夠產生二次倍頻諧波，同時它還具有較大的二階非線性電極化系數，因此在高能激光的倍頻轉換過程中具有較高的理論諧波轉化效率。為了保證良好的光束質量，即較高的諧波轉化效率，大徑厚比KDP晶體在生長、加工和裝配過程中都面臨著極其嚴苛的技術指標要求，此類晶體的精密夾持和面形控制方法也一度成為世界性的難題。

由于當前慣性約束聚變裝置中采用的KDP晶體夾持裝置和裝校方法存在有原理性缺陷，直接導致KDP晶體面形精度誤差大，內部應力分布不均勻，這又間接導致了激光倍頻轉換效率的大幅度降低，嚴重影響了靶點的能量吸收效率；此外，當前復雜繁瑣的裝配工藝流程也已經難以滿足我國下一代激光慣性約束聚變裝置的建設進度需求。

發明內容

為了克服上述傳統純機械式KDP晶體夾持裝置和裝校方法等現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種激光倍頻晶體的精密夾持裝置與主動光學控制方法，可進一步提高激光倍頻轉換效率和倍頻組件的安裝效率，尤其適用于大徑厚比KDP激光倍頻晶體。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種激光倍頻晶體的精密夾持裝置，包括：

框架組件2，為矩形框體，用于實現夾持裝置整體在終端光學組件中的安裝和定位，激光倍頻晶體元件1位于矩形框體內；

晶體壓板3，為條狀結構，設置在框架組件2的框體上方，實現激光倍頻晶體元件1的初始預緊；

促動器支架4，設置在框架組件2的框體上方，作為進行晶體面形主動光學控制的基礎，促動器支架4的頂部位置的側面開有矩形槽；

壓電納米促動器5，其尾部卡入所述矩形槽中，并通過預緊螺釘進行徑向固定和軸向限位，所述壓電納米促動器5能夠沿自身軸向輸出直線運動，其頭部輸出端安裝有與激光倍頻晶體元件1的正面直接接觸的球形壓頭6；

壓電陶瓷控制器8，與所述壓電納米促動器5以及上位計算機連接，根據上位計算機的指令輸出不同大小的電壓驅動所述壓電納米促動器5產生相應大小的位移載荷施加到激光倍頻晶體元件1的表面。

所述框架組件2在其四個側面上共開有8個螺紋孔，用來實現夾持裝置整體在終端光學組件中的安裝和定位。

所述框架組件2的正面上部，共開有40個螺紋孔，其中24個用于安裝晶體壓板3以實現激光倍頻晶體元件1的初始預緊，另外16個用于安裝促動器支架4作為進行晶體面形主動光學控制的基礎。