[发明专利]一种激光倍频晶体的精密夹持装置与主动光学控制方法

说明书

一种激光倍频晶体的精密夹持装置与主动光学控制方法，该装置包括框架组件、晶体压板、促动器支架、压电纳米促动器、球形压头、预紧螺钉和压电陶瓷控制器。激光倍频晶体元件在所述框架组件正面底部的凸台实现底面定位；晶体压板安装在框架组件上对晶体进行初始预紧；压电纳米促动器安装在促动器支架上，实现对晶体面形的超精密主动光学调控。基于该装置提出的全闭环装校工艺流程将仿真建模计算、机械装配预紧和自动光学调校串联起来，可以有效提高晶体面形质量，从而保证高功率激光光束质量。最终实现惯性约束聚变装置中大径厚比光学元件更合理、更精准、更便捷、更高效的装配。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及激光惯性约束聚变装置中高功率固体激光驱动器中的大口径光学元件的精密装配和校准，特别涉及一种激光倍频晶体的精密夹持装置与主动光学控制方法。

背景技术

在2.0MJ能级的巨型惯性约束聚变装置(简称ICF)中，高功率激光束会经过预防大、滤波、主放大、滤波、倍频以及调整聚焦等过程，最终实现对靶点的高能激光注入以引起氘-氚(DT)聚变反应。其中，倍频组件位于激光光路最末端的终端光学组件之中，具有极其关键的作用：承担着将波长为1053nm的基频光转换成波长为351nm的三倍频光的任务，最终目的是提高靶点等离子体对激光的吸收利用效率。激光倍频组件采用了人工生长单晶体——例如，磷酸二氢钾(KDP)晶体——作为倍频转换的中间介质。这是一种典型的非线性光学材料，具有良好的激光透过性，非中心对称晶体结构能够产生二次倍频谐波，同时它还具有较大的二阶非线性电极化系数，因此在高能激光的倍频转换过程中具有较高的理论谐波转化效率。为了保证良好的光束质量，即较高的谐波转化效率，大径厚比KDP晶体在生长、加工和装配过程中都面临着极其严苛的技术指标要求，此类晶体的精密夹持和面形控制方法也一度成为世界性的难题。

由于当前惯性约束聚变装置中采用的KDP晶体夹持装置和装校方法存在有原理性缺陷，直接导致KDP晶体面形精度误差大，内部应力分布不均匀，这又间接导致了激光倍频转换效率的大幅度降低，严重影响了靶点的能量吸收效率；此外，当前复杂繁琐的装配工艺流程也已经难以满足我国下一代激光惯性约束聚变装置的建设进度需求。

发明内容

为了克服上述传统纯机械式KDP晶体夹持装置和装校方法等现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种激光倍频晶体的精密夹持装置与主动光学控制方法，可进一步提高激光倍频转换效率和倍频组件的安装效率，尤其适用于大径厚比KDP激光倍频晶体。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种激光倍频晶体的精密夹持装置，包括：

框架组件2，为矩形框体，用于实现夹持装置整体在终端光学组件中的安装和定位，激光倍频晶体元件1位于矩形框体内；

晶体压板3，为条状结构，设置在框架组件2的框体上方，实现激光倍频晶体元件1的初始预紧；

促动器支架4，设置在框架组件2的框体上方，作为进行晶体面形主动光学控制的基础，促动器支架4的顶部位置的侧面开有矩形槽；

压电纳米促动器5，其尾部卡入所述矩形槽中，并通过预紧螺钉进行径向固定和轴向限位，所述压电纳米促动器5能够沿自身轴向输出直线运动，其头部输出端安装有与激光倍频晶体元件1的正面直接接触的球形压头6；

压电陶瓷控制器8，与所述压电纳米促动器5以及上位计算机连接，根据上位计算机的指令输出不同大小的电压驱动所述压电纳米促动器5产生相应大小的位移载荷施加到激光倍频晶体元件1的表面。

所述框架组件2在其四个侧面上共开有8个螺纹孔，用来实现夹持装置整体在终端光学组件中的安装和定位。

所述框架组件2的正面上部，共开有40个螺纹孔，其中24个用于安装晶体压板3以实现激光倍频晶体元件1的初始预紧，另外16个用于安装促动器支架4作为进行晶体面形主动光学控制的基础。