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非线性晶体使用寿命到底有多长

  在大多数情况下,用于非线性频率转换的非线性晶体有着很长的使用寿命,寿命比整个激光器的寿命都要长。晶体在使用过程中基本不会被转变。然而,晶体寿命降低能发生在各种情形下:如在非线性频率转换中:

  操作过程中过高的光强度可能一瞬间损坏晶体。遗憾的是,为了达到足够高的转换效率,非线性晶体经常需要在接近它们的光学损耗阈值附近运行。这意味着在转换效率和晶体寿命间的一个权衡。需要注意,即使标称的强度低于代表性损伤阈值,有可能仍存在问题。这些问题是因为波束强度或局部强度(如一个波束轮廓具备一个“突变点”),或由于晶体内部孤立的瑕疵。这些瑕疵相比常规晶体材料更敏感。

  即便为防止瞬间损耗,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衰退,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中特别常见。值得注意的是,逐渐的退化会累积热量,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保持在足够干燥的空气(或干燥的惰性气体)时,它们会恶变。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较高的温度是有帮助的,较高的温度使这种晶体容易保持干燥。

  为了达到相位匹配,使非线性晶体在少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太干燥的话,那样可能引起水冷凝在晶体表面。即便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,进而损伤晶体材料。

  当温度不断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存在问题。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取决于材料质量。

  为产生大功率紫外线,非线性晶体会变成消耗品:它们在激光器系统(比如,每运行几百小时)的寿命过程中需要被经常拆换。常常,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(具备高的光子能量)更敏感,在该体系中展示出更高的吸收率,在超短脉冲前提下,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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