雙雷射束分離KDP單晶機理的研究

《雙雷射束分離KDP單晶機理的研究》是依託華中科技大學，由段軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雙雷射束分離KDP單晶機理的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：段軍
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

如何提高大尺寸KDP晶體坯件切割分離成功率和切割效率一直是阻礙我國雷射慣性約束聚變點火工程項目中固體雷射器研製的關鍵問題之一。本項目提出具有智慧財產權的高峰值功率、低能量超短脈衝雷射束與低峰值功率、高能量雷射束相結合的雙雷射束分離KDP晶體創新技術。通過對聚焦雷射在KDP晶體中的傳輸特性和吸收特性的研究，建立聚焦雷射在晶體中的光場強度分布數學模型和聚焦雷射在KDP晶體中產生的動態溫度以及應力分布數學模型。研究雙雷射束與KDP晶體中的分子、離子或原子相互作用機理和機制，計算模擬雙雷射束分離晶體最佳參數及分離晶體實驗最佳化，獲得一套完整的雙雷射束與KDP單晶體相互作用機理科學理論，實現利用高峰值功率、低能量超短脈衝雷射束來提高晶體對雷射吸收率並控制晶體分離方向，然後採用低峰值功率、高能量雷射束對晶體實施迅速分離，解決大尺寸非線性光學單晶體當前切割分離成品率低，效率低以及加工難度高的困境。

結題摘要

大口徑磷酸二氫鉀(簡稱:KDP)光學單晶，用於製作光學倍頻轉換器及電光開關元件，是雷射慣性約束聚變點火工程關鍵的光學器件，提高大尺寸KDP晶體坯件切割分離成功率和切割效率一直是阻礙我國“雷射慣性約束聚變點火工程”項目中固體雷射器研製的關鍵問題之一。國內大塊KDP晶體坯件分離方法主要是油冷鋸條切割的機械加工，極易發生碎裂，導致加工速度非常緩慢，成品率極低。西方已開發國家不但對我國進行技術封鎖，即使是加工好的元件也不許出口到中國。本項目提出具有智慧財產權的雙雷射束分離KDP晶體創新技術，通過對聚焦雷射在KDP晶體中的傳輸特性和吸收特性的研究，建立了聚焦雷射在KDP晶體中的傳輸模型以及聚焦雷射在晶體中的光場強度分布數學模型和聚焦雷射在KDP晶體中產生的動態溫度以及應力分布數學模型；研究雙雷射束與KDP晶體中的分子、離子或原子相互作用機理和機制；通過計算模擬雙雷射束分離晶體最佳參數及分離晶體實驗最佳化，獲得了一套完整的雙雷射束與KDP單晶體相互作用機理科學理論, 並在國內外首次實現了厚度達200mm的KDP晶體雷射分離。分離速度高達300μm/s，高於同類尺寸KDP晶體的機械切割速近20倍，且分離側壁無粉塵、崩邊和微裂紋、切口的粗糙度可低到2.6843 μm，分離側壁的平面度可達5.433 μm，分離角度精度可達0.06°。該技術研發成功有望突破決大尺寸非線性光學單晶體精密加工中成品率低及加工難度高的瓶頸，對取代國內的落後加工技術，擴大晶體粗加工尺寸範圍，縮短加工時間，提高成品率是具有重大意義。該項目共獲得中國發明專利4項、實用專利4項，發表論文7篇（其中先進制造領域頂尖SCI期刊3篇、中國核心期刊2篇、國際會議報告論文2篇），已接受論文1篇（中國核心期刊1篇），正在審稿SCI期刊論文1篇，正在撰寫論文1篇，已超額完成本項目預期任務指標。由團隊國內外首次提出的雷射分離KDP晶體技術理論對光學晶體雷射切割分離技術未來的發展有著重要的指導意義。