[发明专利]一种激光倍频晶体表面立式测量系统及性能表征方法

说明书

一种激光倍频晶体表面立式测量系统及性能表征方法，该系统包括高刚度基板、支撑框架、载物板、晶体安装框、高精度激光位移传感器、控制器模块和X、Y、Z向精密电动平移台；通过Y向和X向平移台的交替间续运动，高精度激光位移传感器对倍频晶体通光口径表面进行逐点采样，获取面形信息；在高洁净光学测量环境中进行大口径激光倍频晶体表面性能表征操作时，在完成初始操作后，测量系统可在其控制器模块的控制下自动按特定轨迹完成采样并计算出用来表征倍频晶体表面性能的GRMS值；本发明测量系统可满足大口径激光倍频晶体表面水平姿态测量需求，表征方法科学、简明，适用于高功率惯性约束聚变激光器中倍频晶体面形控制方法研究和现场装配校准测试。

技术领域

本发明属于光学元件精密测量技术领域，涉及惯性约束聚变装置中高功率激光驱动器中的大口径倍频晶体元件面形的精密测量，特别涉及一种激光倍频晶体表面立式测量系统及性能表征方法。

背景技术

从上世纪60年代开始，凭借其优越的非线性特性，磷酸二氢钾(KDP)晶体被广泛地应用在激光倍频领域。如今，在由高功率固体激光器驱动的惯性约束核聚变(ICF)装置当中，KDP晶体依然承担着将基频红外光转换为三倍频紫外光的重要作用，频率转换效率的高低将直接决定着靶心能量密度的大小，也会对装置的整体性能产生显著的影响。与一般的KDP晶体相同，ICF中的KDP倍频元件也只有在相位完全匹配时才能够实现最高的频率转换效率；然而，特殊的是，ICF装置中每束激光的口径超过300mm，位于终端光学组件当中的KDP晶体的口径超过400mm而其厚度只有12mm，这样的形状尺寸使得其面形对重力、夹持力等外力作用极其敏感，面形畸变直接带来的便是表面相位梯度的变化，这将严重影响KDP晶体的工作性能。

传统上，惯性约束聚变装置中的大口径KDP倍频元件面形全部通过卧式大口径激光干涉仪进行测量，其结果只能表征出在离线装配状态下竖直放置的晶体面形。通过长期的工程实践，发现这样的方式存在有明显的技术不足，即竖直状态下测量得到的面形不能够真实地反映出重力实际引起的面形畸变。由于在微观尺度上元件的重力载荷与安装预紧载荷会存在着一定的耦合关系，这将导致不同的放置姿态会对元件面形的变化产生重要影响。因此，掌握实际安装姿态下受重力影响的元件面形，有着极大的必要性和重要性。然而，当前市场上数百毫米口径的大型立式干涉仪造价极其高昂且应用环境苛刻，极大地限制了其在ICF大口径光学元件工程装配与现场检测中的使用。因此，迫切需要从ICF大口径激光倍频晶体元件实际的技术性能和工程特点出发，发展出一种具有良好技术性能，满足元件表面高效、精准测量要求，又具有较高的工程环境适应性和经济性的大口径光学元件表面立式测量装置及其配套数据处理方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光倍频晶体表面立式测量系统及性能表征方法，以满足下一代巨型激光聚变装置对于大口径倍频晶体元件物理性能的严苛技术要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种激光倍频晶体表面立式测量系统，其特征在于，包括：

高刚度基板1，为正方形平板，用以安装支撑框架2和Y向精密电动平移台3；

支撑框架2，四脚固定在所述高刚度基板1的四角，用于安装横梁11和控制器模块10；

Y向精密电动平移台3，固定在所述高刚度基板1中心位置，用于承载X向精密电动平移台4，并实现Y方向水平移动；

X向精密电动平移台4，固定在所述Y向精密电动平移台3中心位置，用于安装载物板5，并实现X方向水平移动；

载物板5，固定在所述X向精密电动平移台4中心位置，用于承载晶体安装框6；

晶体安装框6，设置于载物板5上，用于安装和夹持KDP晶体元件7；