[发明专利]一种基于典型缺陷特征的KDP晶体损伤阈值预测方法

说明书

本发明公开了一种基于典型缺陷特征的KDP晶体损伤阈值预测方法，实施步骤包括：预先建立KDP晶体各种典型表面缺陷的光热弱吸收水平与损伤阈值的对应关系；针对待测KDP晶体的表面缺陷进行特征检测确定典型缺陷类型；针对典型表面缺陷区域进行光热弱吸收测量实验得到典型表面缺陷的光热弱吸收值，将典型缺陷类型、典型表面缺陷的光热弱吸收值代入KDP晶体各种典型缺陷的光热弱吸收水平与损伤阈值的对应关系，得到典型表面缺陷的损伤阈值。本发明无损KDP晶体即可进行损伤阈值估计，可避免损伤阈值测试方法的缺陷，不会对晶体造成损伤，提高晶体的利用率，节省加工成本，还能够提升KDP晶体的表面缺陷、用于指导KDP晶体加工工艺。

技术领域

本发明涉及强光学元件低缺陷制造技术，具体涉及一种基于典型缺陷特征的KDP晶体损伤阈值预测方法。

背景技术

KDP晶体是随高功率激光器而发展起来的一种非线性光学晶体材料，它能够同时满足宽的透过波段（近紫外～近红外）、较大的电光系数和非线性系数、高的损伤阈值、能够生长大口径的晶体，是目前唯一可用于惯性约束核聚变（Inertial Confinement Fusion，ICF）工程中的非线性光学材料。其中最令人瞩目的激光核聚变装置—美国的国家点火装置（National Ignition Facility, NIF）中使用的尺寸规格为410mm×410mm×10（9）mm的KDP晶体元件达到576块，并对其提出如下基本技术要求：高精度面形误差PV（透射波前λ/6）、高激光损伤阈值（15J/cm²），良好的表面粗糙度（RMS﹤5nm）。然而，KDP晶体具有各向异性、脆性高、质地软、易潮解、对温度变化敏感、易开裂等一系列不利于光学加工的特点，被公认为最难加工的光学元件。在当前的加工条件下，KDP晶体表面或亚表面普遍存在划痕、中高频误差以及杂质污染等典型缺陷。在巨大的激光能量辐照下，这些缺陷往往会成为诱导晶体损伤发生的损伤前驱体，从而导致晶体的激光损伤阈值降低。目前，低的损伤阈值成为了限制KDP晶体发展的一大瓶颈。

当前行业内通用的损伤阈值的获取方法是在阈值打靶平台上对晶体进行损伤阈值测试，而这一途径对晶体造成的损伤是不可恢复的，对于高功率激光装置中的大口径KDP晶体，在晶体上架之前是绝不允许出现破坏性的损伤；并且损伤阈值测试具有概率性，容易受测试方法、条件及环境因素的影响。因此，如何在已知KDP晶体的表面状态或特征的情况下预测其损伤阈值具有十分重大的工程意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种利用无损检测手段结合KDP晶体损伤阈值测试，只需要检测和分析KDP晶体表面缺陷区域的光热弱吸收值，就能够对晶体的损伤阈值进行准确的估计，可避免损伤阈值测试方法的缺陷，不会对晶体造成损伤，提高晶体的利用率，节省加工成本，而且还能够提升KDP晶体的表面缺陷，指导KDP晶体加工工艺的基于典型缺陷特征的KDP晶体损伤阈值预测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于典型缺陷特征的KDP晶体损伤阈值预测方法，实施步骤包括：

1）预先分别建立KDP晶体每一种典型表面缺陷的光热弱吸收水平与损伤阈值的对应关系；

2）针对待测KDP晶体的表面缺陷进行特征检测，确定的表面缺陷的典型缺陷类型；

3）针对待测KDP晶体的典型表面缺陷区域进行光热弱吸收测量实验，得到典型表面缺陷的光热弱吸收值，将典型缺陷类型、典型表面缺陷的光热弱吸收值代入KDP晶体对应的典型表面缺陷的光热弱吸收水平与损伤阈值的对应关系，得到典型表面缺陷的损伤阈值。

优选地，步骤1）的详细步骤包括：

1.1）获取多块具有不同表面状态的KDP晶体样件，针对各块KDP晶体样件，分别选取不同的典型表面缺陷区域作为一类实验区域，对各类实验区域，分别进行光热弱吸收测量，并计算光热弱吸收测量结果的平均值作为该类实验区域对应的典型表面缺陷的光热弱吸收水平；