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非线性晶体的使用寿命

  伴随着激光设备发展到今天,非线性介质也得到了巨大进步。非线性晶体发展趋势非常好,备受国家特别重视。在大多数情况下,用于非线性频率转换的非线性晶体具备很长的使用寿命,寿命比整体激光器的寿命还要长。晶体在使用中基本上不会被改变。但是,晶体寿命降低能发生在多种情况下:如在非线性频率转换中:

  操作过程中太高的光强度将会顷刻间损坏晶体。遗憾的是,为了实现足够高的转换效率,非线性晶体经常要在接近它们的光学损耗阈值附近运行。这就意味着在转换效率和晶体寿命间的一个权衡。需要注意,即便标称的强度小于象征性损伤阈值,可能仍然存在问题。

  即使为避免瞬间损耗,晶体远远低于阈值运行,一些晶体材料在一些使用的部分展示出持续的退化,比如,以“灰度追踪”的形式退化。这种情况在晶体运行在紫外光波段运行时尤其普遍。值得关注的是,逐渐的退化会积累热量,过热的产生能瞬间引起灾难性的损伤。

  当吸湿的晶体材料无法维持在充足干燥的空气(或干燥的惰性气体)中时,它们会恶化。这种晶体用于KDP和BBO,在LBO中使用较少。保持这种晶体处在一个相对较高的温度是很有帮助的,较高的温度使这种晶体容易保持干燥。

  为了达到相位匹配,使非线性晶体在低于室温的温度下运行通常是有问题的,因为如果周围空气不是很干燥的话,那样可能引起水冷凝在晶体表面。即使晶体材料或涂层对水不敏感,相较于通常情况,微小的水滴会将激光的聚焦得更厉害,从而损伤晶体材料。

  当温度快速变化或频繁变化的时候,在晶体恒温箱中的非临界相位匹配晶体会出现问题。尤其地,抗反射膜会由于不同的材料膨胀系数而被损伤。

  尽管退化现象好像是材料的本质上的限制,晶体寿命很大程度上依赖于材料质量。

  为产生高功率紫外线,非线性晶体就会变成消耗品:它们在激光器系统(例如,每运行几百小时)的寿命过程中需要被经常更换。通常,几个问题性因素在紫外产生体系中一起出现:晶体材料通常对紫外光(具有高的光子能量)更敏感,在这个体系中展示出更高的吸收率,在超短脉冲情况下,高的群速度失配需要使用更短的晶体,更短的晶体在转换效率不变的情况下需要更高的光强度。

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