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非線性晶體使用壽命到底有多長(zhǎng)

  在大多數(shù)情況下,用于非線性頻率轉(zhuǎn)換的非線性晶體有著很長(zhǎng)的使用壽命,壽命比整個(gè)激光器的壽命都要長(zhǎng)。晶體在使用過程中基本不會(huì)被轉(zhuǎn)變。然而,晶體壽命降低能發(fā)生在各種情形下:如在非線性頻率轉(zhuǎn)換中:

  操作過程中過高的光強(qiáng)度可能一瞬間損壞晶體。遺憾的是,為了達(dá)到足夠高的轉(zhuǎn)換效率,非線性晶體經(jīng)常需要在接近它們的光學(xué)損耗閾值附近運(yùn)行。這意味著在轉(zhuǎn)換效率和晶體壽命間的一個(gè)權(quán)衡。需要注意,即使標(biāo)稱的強(qiáng)度低于代表性損傷閾值,有可能仍存在問題。這些問題是因?yàn)椴ㄊ鴱?qiáng)度或局部強(qiáng)度(如一個(gè)波束輪廓具備一個(gè)“突變點(diǎn)”),或由于晶體內(nèi)部孤立的瑕疵。這些瑕疵相比常規(guī)晶體材料更敏感。

  即便為防止瞬間損耗,晶體遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于閾值運(yùn)行,一些晶體材料在一些使用的部分展示出持續(xù)的衰退,比如,以“灰度追蹤”的形式退化。這種情況在晶體運(yùn)行在紫外光波段運(yùn)行中特別常見。值得注意的是,逐漸的退化會(huì)累積熱量,過熱的產(chǎn)生能瞬間引起災(zāi)難性的損傷。

  當(dāng)吸濕的晶體材料無(wú)法保持在足夠干燥的空氣(或干燥的惰性氣體)時(shí),它們會(huì)惡變。這種晶體用于KDP和BBO,在LBO中使用較少。保持這種晶體處在一個(gè)較高的溫度是有幫助的,較高的溫度使這種晶體容易保持干燥。

  為了達(dá)到相位匹配,使非線性晶體在少于室溫的溫度下運(yùn)行通常是有問題的,因?yàn)槿绻車諝獠惶稍锏脑挘菢涌赡芤鹚淠诰w表面。即便晶體材料或涂層對(duì)水不敏感,相較于通常情況,微小的水滴會(huì)將激光的聚焦得更厲害,進(jìn)而損傷晶體材料。

  當(dāng)溫度不斷變化或頻繁變化的時(shí)候,在晶體恒溫箱中的非臨界相位匹配晶體會(huì)存在問題。尤其地,抗反射膜會(huì)由于不同的材料膨脹系數(shù)而被損傷。

  盡管退化現(xiàn)象好像是材料的本質(zhì)上的限制,晶體壽命很大程度上取決于材料質(zhì)量。

  為產(chǎn)生大功率紫外線,非線性晶體會(huì)變成消耗品:它們?cè)诩す馄飨到y(tǒng)(比如,每運(yùn)行幾百小時(shí))的壽命過程中需要被經(jīng)常拆換。常常,幾個(gè)問題性因素在紫外產(chǎn)生體系中一起出現(xiàn):晶體材料通常對(duì)紫外光(具備高的光子能量)更敏感,在該體系中展示出更高的吸收率,在超短脈沖前提下,高的群速度失配需要使用更短的晶體,更短的晶體在轉(zhuǎn)換效率不變的情況下需要更高的光強(qiáng)度。

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