《大尺寸非線性光學晶體的研製》是依託清華大學，由沈德忠擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：大尺寸非線性光學晶體的研製
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：沈德忠
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著世界能源危機的日漸逼近，各國都在大力尋找開發新的能量產生技術。此外，由於國際禁核的管理越來越嚴，模擬核爆以改進核武器的需求也越來越強烈。由此產生了雷射核聚變模擬技術。但要製備指定波長的強雷射，需要大尺寸的非線性光學晶體來改變雷射的頻率。此前曾使用過KDP族非線性光學晶體，但該類晶體非線性係數太小，且在強雷射轟擊下會產生受激拉曼散射，從而降低頻率轉換效率。該晶體的抗雷射損傷閾值也不夠高，晶體生長速度很慢，所以KDP晶體試用了幾十年，也沒有解決雷射聚變裝置的頻率轉換問題。而本項目提出擬進行研製的CLBO、LBO非線性光學晶體，具有非線性係數大、拉曼散射小、生長速度較KDP快等優點，且能生長出較大的單晶體。所以是解決強雷射變頻很有潛力的非線性光學晶體材料。我們擬進行CLBO、LBO的大尺寸晶體生長的關鍵技術研究、生成態晶體的品質鑑定、大尺寸變頻器件製作以及強雷射變頻試驗等工作。
結題摘要
大尺寸CLBO晶體的生長研究中，首先對單晶生長爐進行了改造。通過最佳化熱循環，使內部縱向溫場分布平滑，並設計改進了坩堝攪拌和籽晶裝置，使之更加適合大尺寸晶體的生長；同時研究了CLBO晶體生長的原料配比、長周期生長過程中組份對晶體生長缺陷的影響，克服了CLBO晶體中的管狀缺陷，大大提高了生成態晶體的光學質量；獲得了大尺寸高質量CLBO晶體的穩定生長條件和工藝參數，生長出的CLBO晶體重1.74kg,生成態八面體尺寸為145mm×125mm，高110mm，已加工出二倍頻方向的無缺陷晶體尺寸105mm×75mm×35mm。大尺寸二倍頻器件方面還可以提高，為CLBO晶體的進一步套用提供保障。 大尺寸LBO晶體研究目前已突破超低粘度生長體系、近匹配角定向生長、高溫熔鹽傳輸等關鍵技術。晶體器件全口徑光學均勻性達10-7，指標國際最高。晶體尺寸達240×160×110mm3的LBO晶體，重3870g（世界最大尺寸和重量）。共提供十餘件口徑從60mm至164mm的LBO器件，為我國高能雷射研究提供了重要的支撐。2013年，基於我們提供的100mm口徑的LBO器件，實現了基於LBO晶體的1PW的OPCPA雷射輸出，近期又提供兩塊尺寸分別為164.0mm×110.0mm（基本厚度為12.2mm），139.0mm×132.0mm（基本厚度為11.5mm）的晶體毛坯，中國工程物理研究院使用這兩塊晶體實現了5PW的輸出，這是目前國際上基於OPCPA放大器獲得的最高峰值功率。
