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非線性晶體使用壽命到底有多長

  在大多數情況下,用于非線性頻率轉換的非線性晶體有著很長的使用壽命,壽命比整個激光器的壽命都要長。晶體在使用過程中基本不會被轉變。然而,晶體壽命降低能發生在各種情形下:如在非線性頻率轉換中:

  操作過程中過高的光強度可能一瞬間損壞晶體。遺憾的是,為了達到足夠高的轉換效率,非線性晶體經常需要在接近它們的光學損耗閾值附近運行。這意味著在轉換效率和晶體壽命間的一個權衡。需要注意,即使標稱的強度低于代表性損傷閾值,有可能仍存在問題。這些問題是因為波束強度或局部強度(如一個波束輪廓具備一個“突變點”),或由于晶體內部孤立的瑕疵。這些瑕疵相比常規晶體材料更敏感。

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

  當吸濕的晶體材料無法保持在足夠干燥的空氣(或干燥的惰性氣體)時,它們會惡變。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。

  為了達到相位匹配,使非線性晶體在少于室溫的溫度下運行通常是有問題的,因為如果周圍空氣不太干燥的話,那樣可能引起水冷凝在晶體表面。即便晶體材料或涂層對水不敏感,相較于通常情況,微小的水滴會將激光的聚焦得更厲害,進而損傷晶體材料。

  當溫度不斷變化或頻繁變化的時候,在晶體恒溫箱中的非臨界相位匹配晶體會存在問題。尤其地,抗反射膜會由于不同的材料膨脹系數而被損傷。

  盡管退化現象好像是材料的本質上的限制,晶體壽命很大程度上取決于材料質量。

  為產生大功率紫外線,非線性晶體會變成消耗品:它們在激光器系統(比如,每運行幾百小時)的壽命過程中需要被經常拆換。常常,幾個問題性因素在紫外產生體系中一起出現:晶體材料通常對紫外光(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,更短的晶體在轉換效率不變的情況下需要更高的光強度。

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