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通过磨削实现各向异性KDP晶体的高效低损伤加工
摘要： 磷酸二氢钾（KDP）是一种非线性材料，广泛应用于包括Q开关、高速摄影快门、频率谐波发生透镜以及惯性约束聚变（ICF）装置中的泡克耳斯盒等光电器件。KDP属于最难加工的材料之一，因其具有柔软与脆性并存、各向异性性能、易潮解以及对温度变化敏感等独特而精细的特性。单点金刚石车削（SPDT）被认为是加工KDP部件的理想方法。然而，该工艺效率较低，且常伴随严重的刀具磨损问题。本文研究了采用磨削方法以高加工效率、低损伤去除KDP部件表面材料的可行性，实现将表面取向重新对准晶体轴的任务。磨削试验在一台普通数控磨床上进行，使用树脂结合剂金刚石砂轮，且金刚石磨料涂覆有Ni-P合金。通过研究KDP的各向异性，包括其弹性模量E、维氏硬度HV和断裂韧性KIC，确定了精密磨削方向，以减少材料各向异性对加工质量的影响。基于对砂轮圆周速度、工作台进给速度和磨削深度对磨削表面粗糙度影响的实验结果，初步确定了磨削工艺参数。研究了不同工艺参数下的表面缺陷、表面形貌及亚表面损伤?；竦昧吮砻娲植诙萊a ≤ 0.3μm和亚表面损伤深度SSD ≤ 6μm的结果。采用所提出的精密磨削方法，加工效率可提高近十倍，同时获得几乎与SPDT中轴固定阶段相同的表面质量（Ra ≤ 0.2μm，SSD ≤ 6μm）。
关键词： KDP晶体，晶轴固定，加工效率，亚表面损伤，研磨，典型嵌入杂质
更新于2025-09-23 15:21:01
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纳秒激光辐照下KDP晶体表面缺陷引发的激光损伤动态行为建模
摘要： 透明介质光学元件激光诱导损伤问题严重制约了高功率激光系统的发展。通过建立多物理场耦合动力学模型研究KDP表面激光损伤的瞬态动态行为，是揭示纳秒激光损伤机理的重要途径。本研究以KDP晶体为例探究激光诱导表面损伤机理，基于电磁场、热传导和流体力学理论，建立了描述纳秒损伤过程演化的多物理场耦合动力学模型。该模型模拟了纳秒激光辐照过程中激光能量传输、热场分布及损伤形貌的动态变化，发现表面缺陷导致的光强增强对激光辐照区初始能量沉积和损伤起始具有重要作用，后续激光辐照中温度场与坑状形貌的演化有助于理解激光损伤过程。通过典型缺陷诱导激光损伤的形貌信息验证了该模型的可行性，本研究为阐释KDP晶体表面缺陷诱导的激光损伤提供了新见解，该模型也可推广应用于其他透明介质光学元件的激光损伤机理研究。
关键词： 激光诱导损伤、多物理场耦合模型、纳秒激光辐照、KDP晶体、表面缺陷
更新于2025-09-19 17:13:59
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制造诱导表面划痕的特征及其对金刚石飞切KDP晶体抗激光损伤性能的影响
摘要： 制造过程中产生的缺陷对提高应用于高功率激光系统的KDP晶体的抗激光损伤性能越来越受到关注。本文表征了金刚石飞切KDP晶体表面划痕的形貌，并从理论和实验两方面研究了其对激光损伤抗性的影响。结果表明，表面划痕通过调制入射激光并产生局部光强增强效应，会降低激光诱导损伤阈值（LIDT）。所诱导的最大光强增强因子（LIEFs）取决于划痕的形状和尺寸。源自划痕边缘的衍射效应是导致最强光强增强的原因。即使对于满足当前应用的划痕/麻点规格的超精密加工KDP表面，所诱导的LIEFs仍然相当高，这表明实际缺陷尺寸允许值应根据缺陷诱导的LIEFs进行修正和规定。通过测试的LIDT实验验证了划痕对激光损伤抗性的影响，该结果与模拟结果大致一致。激光损伤位点的形貌进一步证实了划痕在降低LIDT中的作用。本研究可为全面评估应用于高功率激光装置中的超精密制造光学材料的性能提供新的视角和指导。
关键词： 抗激光损伤性能，KDP晶体，制造诱导缺陷，金刚石飞切，光强增强
更新于2025-09-16 10:30:52
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[美国激光学会ICALEO? 2017：第36届国际激光与电光应用大会 - 美国佐治亚州亚特兰大市（2017年10月22-26日）] 国际激光与电光应用大会 - 厚KDP晶体激光多焦点分离技术研究
摘要： 磷酸二氢钾（KDP）晶体是各类激光系统中的重要电光材料，属于极难加工材料，尤其是厚晶体。本研究通过巧妙结合飞秒激光与多焦点分离技术（LMFS）光学系统，开发出适用于厚KDP晶体的激光多焦点分离技术。该方法显著提升了晶体厚度方向上温度与热应力分布的均匀性及激光能量利用效率，可形成沿晶体厚度的穿透裂纹并控制其扩展方向，从而实现安全高质量的分离。LMFS技术的可分离厚度（50毫米）至少是现有激光分离技术的4倍，分离效率（200毫米/秒）至少是传统机械方法的20倍。通过光学分析与设计阐明了多焦点生成机理，并利用建立的LMFS光学系统进行验证。成功运用LMFS技术分离了厚度为50毫米的厚KDP晶体，分离侧壁表面质量洁净平整（粗糙度10.857纳米，平面度3.5389毫米），无任何污染、亚表面损伤及边缘崩裂。实验结果验证了LMFS技术的可行性，且与理论分析高度吻合。
关键词： 飞秒激光、KDP晶体、光学系统、激光多焦点分离技术、热应力
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过调节合适的偏置电压和反馈次数，在基于KDP的电光晶体中获得最高透射系数的光学方案
摘要： 当电场作用于介电材料的光轴方向时，会引发介质折射率的变化，此时电光效应变得显著?？硕泻推湛硕幸蚱浞窍咝缘绻馓匦员还惴河米鞴庋Э?。磷酸二氢钾（KDP）晶体不仅是优异的电光普克尔材料，在光电子领域也展现出良好的开关特性。该电光效应原理可成功应用于开发基于光学开关的信息处理器件。通过引入多程传输方案穿过电光材料，偏振光束的透射系数获得了新型调制方式。其中透射系数对逐级递增反馈过程中输出强度变化量的检测起着关键作用。本文报道了采用适当光反馈机制使固定偏置电压下KDP晶体透射系数显著提升的新研究，并从理论上论证了通过较多数量反馈实现单位透射系数所需最小电压的理论基础。
关键词： 电光效应、振幅调制、KDP晶体、透射系数
更新于2025-09-11 14:15:04
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磷酸二氢钾晶体微球头铣削中切削力与加工表面质量关系的研究
摘要： 磷酸二氢钾（KDP或KH2PO4）晶体被广泛用作惯性约束聚变（ICF）中的终端频率转换器。然而，KDP晶体是一种典型的软脆性难加工光学晶体。本研究通过开展微铣削实验，探究了不同切削深度和主轴转速下KDP晶体微球头铣削过程中切削力与加工表面质量的关系。采用快速傅里叶变换（FFT）算法对记录的切削力进行诊断，通过FFT分析可获得切削力的周期性变化及滤除噪声后的切削力。通过计算推力静分量与加工槽粗糙度值Ra的相关系数，以及推力峰谷值（P-V）与加工槽尺寸误差的相关系数，分别通过监测推力静分量和P-V值来预测加工槽的粗糙度值Ra和尺寸误差。较高的主轴转速有助于降低粗糙度值Ra。建议采用中等主轴转速以减小加工槽的尺寸误差，因为当主轴转速过低（导致脆性切削）或过高（降低切削稳定性）时，加工槽的尺寸误差会增大。
关键词： 微球端铣削、KDP晶体、切削力、FFT分析、加工表面质量
更新于2025-09-10 09:29:36
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通过快速生长技术理解KDP晶体表面高度变化
摘要： 通过快速生长技术进行数值模拟，以探究KDP晶体表面高度的变化。数值模拟采用的理论模型将溶质与杂质的宏观传输过程与微观界面动力学过程相耦合。研究重点分析了晶体尺寸、整体过饱和度、搅拌桨转速及杂质等因素对各生长界面生长速率波动的影响。研究发现：当考虑界面动力学过程时，预测的界面移动速度（即生长速率）在宏观尺度上沿各锥面和柱面的法线方向均匀分布；但在微观尺度上呈现波浪状波动，其波动幅度达微米量级。这种生长速率波动会导致KDP晶体表面高度变化，并引发晶体中微米级与纳米级包裹体的形成。增大晶体尺寸和整体过饱和度会加剧生长速率波动，可能降低所生长KDP晶体的质量。提高搅拌桨转速可使生长速率波动减弱。杂质对KDP柱面的生长速率影响尤为显著——当溶液中存在杂质时，柱面生长速率大幅下降且生长速率波动幅度增强一个数量级。
关键词： 生长速率波动、数值模拟、表面高度变化、快速生长技术、KDP晶体、杂质
更新于2025-09-09 09:28:46