文 献 综 述

一、本课题研究的目的及意义

非线性晶体是重要的光电信息功能材料之一，是光电子技术尤其是激光技术的主要物质基础，非线性晶体发展程度与激光技术的发展有着非常紧密的的联系。非线性晶体常用来进行激光频率的转换以及扩展激光的波长、调制激光强度、相位。非线性光学晶体材料还可以用来进行激光频率转换、扩展激光的波长、消除波前畴变的自泵浦相位共轭等等。晶体在当今社会的高新技术和现代技术中扮演着非常重要的角色，各国都优先发展晶体材料技术，并作为一项重要战略措施融入国家高新技术发展计划之中，给予了高度的重视和支持^[1]。

但是非线性晶体具有对温度极为敏感，并且质软、易碎、导热系数低且各向异性的特点。即使微小的温度变化变化都会使其倍频输出转换效率降低，如果不调节晶体温度将影响倍频转换效率和稳定性能从而影响其工作状态和整个组件的性能^[2]。由于晶体的特殊性，在对晶体进行温度控制时将会有许多难点，比如结构微传热、晶体组件结构参数、加热方式以及内外部空气流动情况等都会影响到晶体的温度分布^[3]。在工作过程中，各种光学组件的安装条件、环境变化等因素也会影响到晶体的温度分布。综上所述，提出了真空条件下非线性晶体温度控制器的课题研究。

二、国内外研究现状与发展趋势

非线性光学晶体材料是一个与激光、光电子、光通信等产业有着密切关系的产业，

受这些产业的发展和变化的影响非常大。伴随着全世界信息化浪潮的迅猛发展和光电子技术的广泛采用，国内外对光电功能晶体尤其是非线性光学晶体的市场需求剧增。

在晶体温度控制方面，国内外学者进行了大量的研究，华中科技大学朱晓教授领导的团队首次将相变贮能技术运用到KTP晶体温度控制研究领域，一方面抑制了倍频晶体外界温度波动的影响，同时也减弱了内部热源的影响，使其具有自控温能力^[4]。具体做法是使用低温相变材料十八烷（PCM），利用其相变过程中具有的等温性，达到吸收和释放热量的目的。王荣华^[6]通过对恒温器内部的热传导分析，提出了一种用于倍频晶体的恒温器设计基本方法，就是将晶体室与外界做绝热处理。实现这种绝热的途径是：加屏蔽层减少辐射换热；增设真空罩，消除对流换热；设计细长的过渡段，减少冷源或热源波动对晶体的传热影响^[7]。马天威^[5]等对固体激光器的热分布状况进行了分析，并提出了几种晶体热效应的改善方案，如采用先进的冷却装置，选择低掺杂大尺寸晶体，采用复合晶体，晶体端面胶合高热导率材料，使用波长匹配的泵浦源，设计热稳腔和对热效应进行光学补偿等措施^[10]。

在国外方面Faxian Shan^[13]为了准确获得NLBO晶体在波长为0.363到2.325μm之间的折射率，将晶体在23.5℃到160℃之间进行精确控制。在温度控制过程中，选取了23.5℃，40℃，70℃，100℃，130℃和160℃六个温度点进行测试，楔形晶体放置在温度控制装置中，如图1-8所示。通过温度控制，得到热折射率与波长之间的函数关系，并且此关系式可以应用到任何波长范围内，通过控制晶体的温度，得到不同温度条件下的三倍频转换条件。Mark S^[14]等人对LiIO3晶体在二倍频相位匹配下温度敏感性进行了研究。采用如图1-11所示，晶体放在铜板上，上端用锁紧装置将晶体固定，锁紧装置所用的最大压力为500Pa。在加热器上通入恒温水，控制恒温水的流速，从而加热晶体，通过此装置可以控制晶体最大温度梯度为0.1℃^[15]。

但是对于大口径晶体温度控制谐波转换过程中，倍频晶体会不可避免的吸收倍频光和基频光，造成晶体在通光区域内温度升高，影响晶体的谐波转换效率。同时，在倍频转换中，非线性晶体吸收基频光和倍频光会导致晶体温度升高，并产生热梯度和热应力。而当高能激光以一定频率工作时，晶体的温升会更明显，温度分布将更不均匀。晶体温度的升高，会改变晶体的折射率，破坏原有的倍频转换条件，降低谐波转换效率，大大降低输出光束的质量。所以本课题采用本课题是以230mm*230mm的ADP晶体为对象进行真空环境下的温度设计，所设计的温度控制器要求性能稳定，并且在真空环境下也能够拥有相当不错的操作性，同时非线性晶体的面温度均匀性要小于0.1℃，通过对大口径非线性晶体的热结构设计以及温度场的简要分析确保所涉及的温度控制器能够进行一些普通的温度测量。通过实际操作，可以培养学生理论联系实际的工作作情况，提高分析问题、解决问题的独立工作能力，通过实践行动来巩固所学知识，加深对基本原理的了解。