CN112730262A - 提升kdp类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置及方法，构成包括脉宽可调激光器、第一快门、第一波片、第一偏振片、第一凸透镜、第一楔形片、第一光束质量分析仪、第一光电探测器、第一反射镜、第二反射镜、电控位移台、待处理KDP类晶体、CCD相机、吸收池、飞秒激光器、第二快门、第二波片、第二偏振片、第一凹透镜、第二凸透镜、第三凸透镜、第二楔形片、第二光束质量分析仪、第二光电探测器、连续激光器、第三反射镜、第四反射镜和计算机，本发明不仅能够对飞秒激光器用KDP类晶体倍频元件进行大面积激光预处理，也能通过测量预处理前后样品损伤阈值变化情况评估预处理效果，为有效提升飞秒激光器的倍频能量输出提供解决方案。

Description

提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置及方法

技术领域

本发明涉及光学元件激光预处理及激光损伤测试领域，特别是一种提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置及方法。

背景技术

回顾飞秒激光器的发展历程不难发现，随着科学的进步，超精密及超快科学研究对飞秒激光器的能量输出需求不断提升，促使飞秒激光器的硬件及软件不断更新升级，而制约飞秒激光器能量输出的一个重要因素是其内部光学元件的抗激光损伤性能。KDP类晶体作为倍频光学元件广泛应用于飞秒激光器及高功率激光系统中，虽然其本征激光损伤阈值远远大于激光器及高功率激光系统要求的激光运行通量，然而，其任何体内或者表面存在的吸收性缺陷及杂质均会严重影响其抗激光损伤性能。KDP类晶体元件体内或者表面的缺陷源于材料生长、加工及镀膜等环节，其能够吸收激光能量，温度升高，形成等离子体火球，当达到一定的温度时，火球爆炸，在元件表面或者体内形成微米等尺度的初始损伤点。

研究表明，激光预处理方法能够显著提升KDP类晶体的激光诱导损伤阈值。激光预处理是指采用能量逐渐增加的激光脉冲对光学元件进行辐照处理，直至激光的能量最终达到飞秒激光器等激光装置的工作水平。激光预处理过程实际上是一种缺陷的改性和消除过程，通过渐进的处理，缺陷性质变得相对稳定或者缺陷发生无害化转变，降低了缺陷对激光能量的吸收，从而使得光学元件的抗损伤性能得以提升。KDP类晶体的激光预处理有多重作用机制，其中最具代表性的机制分别为线性吸收预处理模型和缺陷辅助多光子吸收预处理模型。线性吸收模型预处理机制认为：损伤前驱体吸收激光能量使得其温度升高至临界温度，但该温度低于损伤出现时的温度，在此温度下前驱体仅仅发生了熔化并进入晶格，损伤前驱体密度减小，对激光的吸收与调制作用减弱。缺陷辅助多光子吸收预处理机制有两种途径，一是损伤前驱体通过缺陷辅助多光子吸收机制，吸收能量并升温至低于损伤阈值的某一温度；二是预处理脉冲激光激发电子跃迁，跃迁电子进入缺陷能级，改变缺陷的带宽，降低前驱体缺陷受激发的概率。根据实验和理论模拟，在紫外波段激光辐照下，线性吸收带来的热效应将不再起决定性作用，因光子能量增大而带来的电子跃迁等非线性效应概率大大增加，此时激光与晶体相互作用时间尺度成为决定激光预处理作用机制的关键，百皮秒即亚纳秒时间尺度的激光既能够利用线性吸收消除或者改性部分损伤前驱体，也能够利用缺陷辅助多光子吸收消除或改性部分损伤前驱体，让两种预处理机制或效应充分发挥作用，更好的提升KDP类晶体的激光诱导损伤性能，从而提升飞秒激光器等的能量输水平。

发明内容

本发明在于提供一种提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置及方法。本发明通过改变激光束的脉宽，在百皮秒量级的作用时间内对光学元件进行激光预处理，保证线性吸收预处理机制与非线性吸收预处理机制对KDP类晶体共同作用，更好地提升其激光诱导损伤性能。本发明耦合激光预处理与激光诱导损伤阈值测试(ISO21254-1)，不仅能够对飞秒激光器用倍频元件进行大范围亚纳秒激光预处理，也能够测试亚纳秒激光预处理后元件的激光诱导损伤阈值提升效果，为有效提升飞秒激光器的倍频能量输出提供解决方案。

本发明专利的技术方案如下：

一种提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特点在于，构成包括脉宽可调激光器、第一快门、第一波片、第一偏振片、第一凸透镜、第一楔形片、第一光束质量分析仪、第一光电探测器、第一反射镜、第二反射镜、电控位移台、待处理KDP类晶体、CCD相机、吸收池、飞秒激光器、第二快门、第二波片、第二偏振片、第一凹透镜、第二凸透镜、第三凸透镜、第二楔形片、第二光束质量分析仪、第二光电探测器、连续激光器、第三反射镜、第四反射镜和计算机，所述的待处理KDP类晶体置于所述的电控位移台上；

在所述的脉宽可调激光器的激光输出方向依次是所述的第一快门、第一波片、第一偏振片、第一凸透镜、第一楔形片、第一反射镜、第二反射镜、待处理KDP类晶体、吸收池；所述的第一波片与第一偏振片组成能量调节模块调节所述的脉宽可调激光器输出的激光入射至所述的待处理KDP类晶体的能量，在所述的第一楔形片的两个反射光方向分别设置第一光束质量分析仪和第一光电探测器，在所述的电控位移台旁对所述的待处理KDP类晶体的光照面设置所述的CCD相机，所述的第一光束质量分析仪和第一光电探测器测量激光焦点处的光斑信息和能量信息；所述的CCD相机实时观测待处理KDP类晶体的缺陷及损伤信息；

在所述的飞秒激光器的输出方向依次为所述的第二快门、第二波片、第二偏振片、第一凹透镜-第二凸透镜构成的光束整形组件、第三凸透镜、第二楔形片、待处理KDP类晶体、吸收池；所述的第二波片与第二偏振片组成能量调节模块调节激光器入射至待处理KDP类晶体的能量，所述的第一凹透镜-第二凸透镜光束整形组件能够对飞秒激光光束光斑进行调整，在所述的第二楔形片的两个反射光方向分别设置第二光束质量分析仪和第二光电探测器，所述的第二光束质量分析仪和第二光电探测器分别测量飞秒激光的光斑信息和能量信息；

在所述的连续激光器的激光输出方向上依次为第三反射镜、第四反射镜、待处理KDP类晶体和吸收池；

所述的第一快门、第一波片、第一光束质量分析仪、第一光电探测器、电控位移台、CCD相机、第二快门、第二波片、第二光束质量分析仪、第二光电探测器均与所述的计算机相连。

所述的脉宽可调激光器输出的激光光束为高斯光束；其输出波长λ在300nm-500nm之间；其脉冲宽度τ在300皮秒至800皮秒之间；其重复频率R在1Hz至100Hz之间。

所述的第一快门和第二快门包括但不限于电子机械快门及声光调制器，但快门的通光直径应分别大于所述的脉宽可调激光器和飞秒激光器输出激光的光斑直径。

所述的第一波片与第一偏振片、第二波片与第二偏振片组成的能量调节模块分别使得脉宽可调激光器和飞秒激光器的出射激光能量或功率从0％至100％连续可调。

所述的第一凸透镜、第三凸透镜的焦距分别为f₁、f₂，能够对预处理激光束及飞秒损伤阈值测试激光束进行聚焦。

所述的第一楔形片能够以一定比例能量分出两束激光束，第一光束质量分析仪及第一光电探测器通过测试分束后的激光束获得所述的脉宽可调激光器输出激光在所述的待处理KDP类晶体等同的激光焦点的光斑和能量或功率信息；同理，所述的第二楔形片、第二光束质量分析仪及第二光电探测器具有相似的功能，即获得所述的飞秒激光器输出激光在所述的待处理KDP类晶体等同的激光焦点的光斑和能量或功率信息。

所述的电控位移台为多维平移台，x、y、c方向适用于调整待处理KDP类晶体的位置，位移精度包括但不仅限于0.01mm。

所述的待处理KDP类晶体为快速生长法及传统生长法生长的KDP类晶体，包括但不限于磷酸二氢钾(KH₂PO₄，简称KDP)、磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄，简称ADP)及其同位素化合物氘化磷酸二氢钾(KD_XH_(2-X)PO₄，简称DKDP)、氘化磷酸二氢铵(N(D_XH_1-X)₄(D_YH_1-Y)₂PO₄，简称DADP)，其主通光面及侧面需进行抛光处理，晶体切割方向包括但不限于I类切割方向及II类切割方向，晶体尺寸包括但不仅限于50mm×50mm×10mm。

所述的飞秒激光器输出的激光光束为高斯光束；其输出波长λ为520nm，其脉冲宽度τ在飞秒至皮秒之间，其重复频率R在1Hz至1MHz之间。

所述的连续激光器能够输出连续或者准连续激光束，其输出波长包括但不仅限于532nm、632.8nm。

利用上述提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的方法，该方法包括如下测量步骤：

1)利用所述的飞秒激光器测量飞秒激光辐照下未经亚纳秒激光预处理KDP类晶体的1-on-1零概率损伤阈值：

①启动所述的飞秒激光器，所述的计算机通过第二波片和第二偏振片调节所述的飞秒激光器输出的激光能量，通过第一凹透镜-第二凸透镜对飞秒激光束进行缩束、扩束和准直，通过第三凸透镜将激光聚焦至所述的待测KDP类晶体上；

②通过所述的计算机控制第二快门及电控位移台保证待测KDP类晶体在x-y平面及c角度面进行位移调整及每个测试位置仅受一发飞秒激光脉冲辐照，采用1-on-1模式获得单发次多能量密度下未经激光预处理的待测KDP类晶体的1-on-1零概率损伤阈值；在1-on-1损伤测试的同时，所述的第二光束质量分析仪和第二光电探测器分别测量飞秒激光的激光焦斑的有效面积a_eff和激光能量e，所述的CCD相机观察待测所述的KDP类晶体的体内形貌，体内出现初始损伤点即可认为在该能量密度激光辐照下，晶体体内出现了损伤；

③所述的计算机计算晶体的1-on-1零概率损伤阈值F_th1(J/cm²)，为待测KDP类晶体(12)不发生损伤时对应的最大激光能量密度，计算公式为：

F_th1＝E/A_eff (1)

式中，E为所述的飞秒激光器(15)在所述的待测KDP类晶体上单脉冲最大激光能量；A_eff为激光焦斑的有效面积，关闭所述的飞秒激光器；

2)利用所述的脉宽可调激光器输出的激光对所述的待测KDP类晶体进行激光预处理：

①启动所述的脉宽可调激光器和所述的连续激光器，所述的计算机通过第一快门控制所述的脉宽可调激光器的输出频率，通过第一波片和第一偏振片调节激光的输出能量，经第一凸透镜将激光束聚焦至所述的待测KDP类晶体表面，所述的第一楔形以一定比例能量分出两束激光束，第一光束质量分析仪和第一光电探测器分别测量激光焦点的光斑信息和能量信息；

②在一个设定的能量台阶下，按照激光器固有频率，通过计算机控制所述的电控位移台连续匀速扫描待测样品设定扫描区域，每次扫描过程中激光能流固定，相邻光斑的间距满足覆盖待测区域的激光能量为最高能量的90％，每次扫描完成后返回起始点进行下一个能流台阶扫描，直至达到目标通量F_max，此时激光预处理结束，F_max为激光预处理过程中晶体体内出现的损伤点密度小于1个/mm³时的最大能量密度，所述的连续激光器辅助所述的CCD相机对辐照过程中出现的损伤点进行监测，激光预处理结束后，关闭所述的脉宽可调激光器和连续激光器；

3)测量飞秒激光辐照下亚纳秒激光预处理后KDP类晶体的1-on-1零概率损伤阈值：

①开启所述的飞秒激光器，通过第二波片和第二偏振片调节所述的飞秒激光器的输出能量，通过第一凹透镜-第二凸透镜对飞秒激光束进行缩束、扩束和准直，通过第三凸透镜将激光聚焦至所述的待测KDP类晶体表面；

②所述的计算机控制第二快门及电控位移台保证待测KDP类晶体在x-y平面及c角度面进行位移调整及每个测试位置仅受一发激光脉冲辐照，采用1-on-1模式获得单发次多能量密度下经激光预处理待测KDP类晶体的1-on-1零概率损伤测试，在1-on-1损伤测试的同时，所述的第二光束质量分析仪和第二光电探测器分别测量飞秒激光的激光焦斑的有效面积a_eff和激光能量e，所述的CCD相机观察待测KDP类晶体体内形貌，体内出现初始损伤点即可认为在该能量密度激光辐照下，晶体体内出现了损伤；

③利用公式(1)计算经过激光预处理后待测KDP类晶体的1-on-1零概率损伤阈值F_th2(J/cm²)，通过对比亚纳秒激光预处理前后KDP类晶体的飞秒激光诱导损伤阈值F_th1及F_th2的差异程度，可知激光预处理具有明显的激光诱导损伤阈值提升效果。

与现有技术相比，本发明能够有效结合亚纳秒激光预处理与飞秒损伤阈值测量，不仅能够对飞秒激光器用KDP类晶体进行大面积激光预处理，也能够通过测量亚纳秒激光预处理前后样品飞秒激光损伤阈值变化情况评估预处理效果，为有效提升飞秒激光器的倍频能量输出提供解决方案。

附图说明

图1是本发明提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进一步说明。但不以此限制本发明的保护范围，本领域技术人员根据本发明的启示，对本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围内。

先请参阅图1，图1是本发明提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置的结构示意图。由图可见，本发明提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，包括脉宽可调激光器1、第一快门2、第一波片3、第一偏振片4、第一凸透镜5、第一楔形片6、第一光束质量分析仪7、第一光电探测器8、第一反射镜9、第二反射镜10、电控位移台11、待处理KDP类晶体12、CCD相机13、吸收池14、飞秒激光器15、第二快门16、第二波片17、第二偏振片18、第一凹透镜19、第二凸透镜20、第三凸透镜21、第二楔形片22、第二光束质量分析仪23、第二光电探测器24、连续激光器25、第三反射镜26、第四反射镜27和计算机28，所述的待处理KDP类晶体12置于所述的电控位移台11上；

在所述的脉宽可调激光器1的激光输出方向依次是所述的第一快门2、第一波片3、第一偏振片4、第一凸透镜5、第一楔形片6、第一反射镜9、第二反射镜10、待处理KDP类晶体12、吸收池(14)；所述的第一波片3与第一偏振片4组成能量调节模块调节所述的脉宽可调激光器1输出的激光入射至所述的待处理KDP类晶体12的能量，在所述的第一楔形片6的两个反射光方向分别设置第一光束质量分析仪7和第一光电探测器8，在所述的电控位移台11旁对所述的待处理KDP类晶体12的光照面设置所述的CCD相机13，所述的第一光束质量分析仪7和第一光电探测器8测量激光焦点处的光斑信息和能量信息；所述的CCD相机13实时观测待处理KDP类晶体的缺陷及损伤信息；

在所述的飞秒激光器15的输出方向依次为所述的第二快门16、第二波片17、第二偏振片18、第一凹透镜19-第二凸透镜20构成的光束整形组件、第三凸透镜21、第二楔形片22、待处理KDP类晶体12、吸收池14；所述的第二波片17与第二偏振片18组成能量调节模块调节激光器入射至待处理KDP类晶体12的能量，所述的第一凹透镜19-第二凸透镜20光束整形组件能够对飞秒激光光束光斑进行调整，在所述的第二楔形片22的两个反射光方向分别设置第二光束质量分析仪23和第二光电探测器24，所述的第二光束质量分析仪23和第二光电探测器24分别测量飞秒激光的光斑信息和能量信息；

在所述的连续激光器25的激光输出方向上依次为第三反射镜26、第四反射镜27、待处理KDP类晶体12和吸收池14；

所述的第一快门2、第一波片3、第一光束质量分析仪7、第一光电探测器8、电控位移台11、CCD相机13、第二快门16、第二波片17、第二光束质量分析仪23、第二光电探测器24均与所述的计算机28相连。

实施例

在本实施例中，脉宽可调激光器1选用波长为355nm、脉宽为550ps、频率为100Hz的亚纳秒激光器；飞秒激光器15的波长为520nm，脉宽为350fs，频率为1KHz。待处理KDP类晶体选用70％DKDP晶体，晶体经I类切割及金刚石单点抛光至50mm×50mm×10mm大小。选用的第一快门2及第二快门16为电子机械快门，第一凸透镜5、第二凸透镜20、第三凸透镜21及第一凹透镜19的焦距分别为4500mm、50mm、1500mm及100mm，第一光电探测器8和第二光电探测器24为能量计(coherent)。连续激光器为输出波长为632.8nm的He：Ne激光器。

本发明的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置包括亚纳秒激光预处理系统和飞秒激光诱导损伤阈值测试系统。

亚纳秒激光预处理系统主要由脉宽可调激光器1、第一快门2、第一波片3、第一偏振片4、第一凸透镜5、第一楔形片6、第一光束质量分析仪7、第一光电探测器8、第一反射镜9、第二反射镜10、电控位移台11、70％DKDP晶体12、CCD相机13、吸收池14、连续激光器25、第三反射镜26、第四反射镜27和计算机28组成。第一波片3和第一偏振片4调节入射激光能量台阶；激光经第一楔形片6分出两束激光束，通过第一光束质量分析仪7与第一光电探测器8实时监测激光光斑及能量变化；激光经第一凸透镜5聚焦至70％DKDP晶体12处；计算机28控制第一快门2和电控位移台11的运动，保证激光在70％DKDP晶体一定区域内扫描辐照；CCD相机13采集图像。

飞秒激光诱导损伤阈值测试系统主要由飞秒激光器15、第二快门16、第二波片17、第二偏振片18、第一凹透镜19-第二凸透镜20光束整形组件、第三凸透镜21、第二楔形片22、第二光束质量分析仪23、第二光电探测器24、电控位移台11、70％DKDP晶体12、CCD相机13、吸收池14、连续激光器25、第三反射镜26、第四反射镜27和计算机28组成。第二波片17和第二偏振片18控制飞秒激光束能量；利用第一凹透镜19-第二凸透镜20光束整形组件对飞秒激光光束光斑进行调整，分别采用第二光束质量分析仪23和第二光电探测器24实时监测飞秒激光的光斑信息和能量信息；激光经第三凸透镜聚焦至70％DKDP晶体12处；计算机28控制第二快门16和电控位移台11的运动，保证激光在70％DKDP晶体每一测试点只辐照一次；CCD相机13采集图像。

实施例的具体操作步骤如下：

1)测量520nm飞秒激光辐照下未激光预处理70％DKDP晶体的1-on-1零概率损伤阈值：

S1：通过第二波片17和第二偏振片18调节飞秒激光器15的输出能量，通过第一凹透镜19-第二凸透镜20对飞秒激光束扩束两倍大小，第三凸透镜21将激光聚焦至70％DKDP晶体处。

S2：通过第二光束质量分析仪23和第二光电探测器24分别测试520nm激光束入射DKDP晶体时的有效光斑面积A_eff和能量E；利用第二波片17和第二偏振片18调节入射355nm激光能量台阶，能量台阶按照初始能量密度0.1J/cm²及台阶增量＝0.1J/cm²进行提升直至晶体出现损伤；将70％DKDP晶体12放置在所述的电控平移台11上，通过计算机28设置电控平移台11移动以及第二快门16开闭保证每一个测试点辐照一次，每个能量台阶测试20个点；CCD相机13观察待测KDP类晶体体内形貌，体内出现初始损伤点即可认为在该能量密度激光辐照下，晶体体内出现了损伤。

S3：将收集到的能量及有效光斑面积信息带入公式F＝E/A_eff可计算得到能量密度，样品不发生损伤对应的最大能量密度即为其零概率损伤阈值。经测试，本实施例中70％DKDP晶体未经激光预处理时的1-on-1零概率损伤阈值为0.50J/cm²(350fs)。

2)进行亚纳秒355nm激光作用下待测KDP类晶体的激光预处理：

S1：计算机28通过第一快门2控制脉宽可调激光器1的输出频率，通过第一波片3和第一偏振片4调节激光的输出能量，经第一凸透镜5将激光束聚焦至70％DKDP晶体处，第一楔形片6以一定比例能量分出两束激光束，第一光束质量分析仪7和第一光电探测器8分别测量激光焦点的有效光斑面积A_eff和能量E。

S2：355nm激光预处理能量台阶为：1.0J/cm²-1.5J/cm²-2.0J/cm²-2.5J/cm²-3.0J/cm²-3.5J/cm²-4.0J/cm²-4.5J/cm²-5.0J/cm²；在设定的能量台阶下，按照激光器固有频率，通过计算机28控制电控位移台11连续匀速扫描晶体设定扫描区域，扫描区域大小为30mm×30mm，每次扫描过程中激光能流固定，相邻光斑的间距满足覆盖待测区域的激光能量为最高能量的90％，每次扫描完成后返回起始点进行下一个能流台阶扫描，直至达到该晶体目标通量5.0J/cm²，激光预处理结束，5.0J/cm²为激光预处理过程中晶体体内出现的损伤点密度小于1个/mm³时的最大能量密度，连续激光器辅助CCD相机对辐照过程中出现的损伤点进行监测。

3)测量520nm飞秒激光辐照下激光预处理后70％DKDP晶体的1-on-1零概率损伤阈值：

S1：通过第二波片17和第二偏振片18调节飞秒激光器15的输出能量，通过第一凹透镜19-第二凸透镜20对飞秒激光束扩束两倍大小，第三凸透镜21将激光聚焦至70％DKDP晶体处。

S2：通过第二光束质量分析仪23和第二光电探测器24分别测试520nm激光束入射DKDP晶体时的有效光斑面积A_eff和能量E；利用第二波片17和第二偏振片18调节入射355nm激光能量台阶，能量台阶按照初始能量密度0.1J/cm²及台阶增量＝0.1J/cm²进行提升直至晶体出现损伤；将70％DKDP晶体12放置在所述的电控平移台11上，通过计算机28设置电控平移台11移动以及第二快门16开闭保证每一个测试点辐照一次，每个能量台阶测试20个点；CCD相机13观察待测KDP类晶体体内形貌，体内出现初始损伤点即可认为在该能量密度激光辐照下，晶体体内出现了损伤。

S3：将收集到的能量及有效光斑面积信息带入公式F＝E/A_eff可计算得到能量密度，样品不发生损伤对应的最大能量密度即为其零概率损伤阈值。经测试，本实施例中70％DKDP晶体经过亚纳秒激光预处理后的1-on-1零概率损伤阈值为1.30J/cm²(350fs)。

由测试结果可知，本发明实施例中70％DKDP晶体经过激光预处理后的1-on-1零概率损伤阈值为1.30J/cm²(350fs)，是激光预处理前其1-on-1零概率损伤阈值的2.6倍，提升效果显著，表明本发明具有显著提升飞秒激光器用KDP类晶体倍频元件激光诱导损伤阈值的能力。

Claims (11)

1.一种提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，构成包括：脉宽可调激光器(1)、第一快门(2)、第一波片(3)、第一偏振片(4)、第一凸透镜(5)、第一楔形片(6)、第一光束质量分析仪(7)、第一光电探测器(8)、第一反射镜(9)、第二反射镜(10)、电控位移台(11)、待处理KDP类晶体(12)、CCD相机(13)、吸收池(14)；飞秒激光器(15)、第二快门(16)、第二波片(17)、第二偏振片(18)、第一凹透镜(19)、第二凸透镜(20)、第三凸透镜(21)、第二楔形片(22)、第二光束质量分析仪(23)、第二光电探测器(24)；连续激光器(25)、第三反射镜(26)、第四反射镜(27)和计算机(28)，所述的待处理KDP类晶体(12)置于所述的电控位移台(11)上；

在所述的脉宽可调激光器(1)的激光输出方向依次是所述的第一快门(2)、第一波片(3)、第一偏振片(4)、第一凸透镜(5)、第一楔形片(6)、第一反射镜(9)、第二反射镜(10)、待处理KDP类晶体(12)、吸收池(14)；所述的第一波片(3)与第一偏振片(4)组成能量调节模块调节所述的脉宽可调激光器(1)输出的激光入射至所述的待处理KDP类晶体(12)的能量，在所述的第一楔形片(6)的两个反射光方向分别设置第一光束质量分析仪(7)和第一光电探测器(8)，在所述的电控位移台(11)旁对所述的待处理KDP类晶体(12)的光照面设置所述的CCD相机(13)，所述的第一光束质量分析仪(7)和第一光电探测器(8)测量激光焦点处的光斑信息和能量信息；所述的CCD相机(13)实时观测待处理KDP类晶体的缺陷及损伤信息；

在所述的飞秒激光器(15)的输出方向依次为所述的第二快门(16)、第二波片(17)、第二偏振片(18)、第一凹透镜(19)-第二凸透镜(20)构成的光束整形组件、第三凸透镜(21)、第二楔形片(22)、待处理KDP类晶体(12)、吸收池(14)；所述的第二波片(17)与第二偏振片(18)组成能量调节模块调节激光器入射至待处理KDP类晶体(12)的能量，所述的第一凹透镜(19)-第二凸透镜(20)光束整形组件能够对飞秒激光光束光斑进行调整，在所述的第二楔形片(22)的两个反射光方向分别设置第二光束质量分析仪(23)和第二光电探测器(24)，所述的第二光束质量分析仪(23)和第二光电探测器(24)分别测量飞秒激光的光斑信息和能量信息；

在所述的连续激光器(25)的激光输出方向上依次为第三反射镜(26)、第四反射镜(27)、待处理KDP类晶体(12)和吸收池(14)；

所述的第一快门(2)、第一波片(3)、第一光束质量分析仪(7)、第一光电探测器(8)、电控位移台(11)、CCD相机(13)、第二快门(16)、第二波片(17)、第二光束质量分析仪(23)、第二光电探测器(24)均与所述的计算机(28)相连。

2.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的脉宽可调激光器(1)输出的激光光束为高斯光束；其输出波长λ在300nm-500nm之间；其脉冲宽度τ在300皮秒至800皮秒之间；其重复频率R在1Hz至100Hz之间。

3.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的第一快门(2)和第二快门(16)包括但不限于电子机械快门及声光调制器，但快门的通光直径应分别大于所述的脉宽可调激光器(1)和飞秒激光器(15)输出激光的光斑直径。

4.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的第一波片(3)与第一偏振片(4)、第二波片(17)与第二偏振片(18)组成的能量调节模块分别使得脉宽可调激光器(1)和飞秒激光器(15)的出射激光能量或功率从0％至100％连续可调。

5.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的第一凸透镜(5)、第三凸透镜(21)的焦距分别为f₁、f₂，能够对预处理激光束及飞秒损伤阈值测试激光束进行聚焦。

6.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的第一楔形片(6)能够以一定比例能量分出两束激光束，第一光束质量分析仪(7)及第一光电探测器(8)通过测试分束后的激光束获得所述的脉宽可调激光器(1)输出激光在所述的待处理KDP类晶体(12)等同的激光焦点的光斑和能量或功率信息；同理，所述的第二楔形片(22)、第二光束质量分析仪(23)及第二光电探测器(24)具有相似的功能，即获得所述的飞秒激光器(15)输出激光在所述的待处理KDP类晶体(12)等同的激光焦点的光斑和能量或功率信息。

7.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的电控位移台(11)为多维平移台，x、y、c方向适用于调整待处理KDP类晶体(12)的位置，位移精度包括但不仅限于0.01mm。

8.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的待处理KDP类晶体(12)为快速生长法及传统生长法生长的KDP类晶体，包括但不限于磷酸二氢钾(KH₂PO₄，简称KDP)、磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄，简称ADP)及其同位素化合物氘化磷酸二氢钾(KD_XH_(2-X)PO₄，简称DKDP)、氘化磷酸二氢铵(N(D_XH_1-X)₄(D_YH_1-Y)₂PO₄，简称DADP)，其主通光面及侧面需进行抛光处理，晶体切割方向包括但不限于I类切割方向及II类切割方向，晶体尺寸包括但不仅限于50mm×50mm×10mm。

9.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的飞秒激光器(15)输出的激光光束为高斯光束；其输出波长λ为520nm，其脉冲宽度τ在飞秒至皮秒之间，其重复频率R在1Hz至1MHz之间。

10.根据权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置，其特征在于，所述的连续激光器(25)能够输出连续或者准连续激光束，其输出波长包括但不仅限于532nm、632.8nm。

11.利用权利要求1所述的提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的装置提升KDP类晶体飞秒激光诱导损伤阈值的方法，其特征在于该方法包括如下测量步骤：

1)利用所述的飞秒激光器(15)测量飞秒激光辐照下未经亚纳秒激光预处理KDP类晶体的1-on-1零概率损伤阈值：

①启动所述的飞秒激光器(15)，所述的计算机(28)通过第二波片(17)和第二偏振片(18)调节所述的飞秒激光器(15)输出的激光能量，通过第一凹透镜(19)-第二凸透镜(20)对飞秒激光束进行缩束、扩束和准直，通过第三凸透镜(21)将激光聚焦至所述的待测KDP类晶体(12)上；

②通过所述的计算机(28)控制第二快门(2)及电控位移台(11)保证待测KDP类晶体(12)在x-y平面及c角度面进行位移调整及每个测试位置仅受一发飞秒激光脉冲辐照，采用1-on-1模式获得单发次多能量密度下未经激光预处理的待测KDP类晶体(12)的1-on-1零概率损伤阈值；在1-on-1损伤测试的同时，所述的第二光束质量分析仪(23)和第二光电探测器(24)分别测量飞秒激光的激光焦斑的有效面积a_eff和激光能量e，所述的CCD相机(13)观察待测所述的KDP类晶体(12)的体内形貌，体内出现初始损伤点即可认为在该能量密度激光辐照下，晶体体内出现了损伤；

③所述的计算机(28)计算晶体的1-on-1零概率损伤阈值F_th1(J/cm²)，为待测KDP类晶体(12)不发生损伤时对应的最大激光能量密度，计算公式为：

F_th1＝E/A_eff (1)

式中，E为所述的飞秒激光器(15)在所述的待测KDP类晶体(12)上单脉冲最大激光能量；A_eff为激光焦斑的有效面积，关闭所述的飞秒激光器(15)；

2)利用所述的脉宽可调激光器(1)输出的激光对所述的待测KDP类晶体(12)的激光预处理：

①启动所述的脉宽可调激光器(1)和所述的连续激光器(25)，所述的计算机(28)通过第一快门(2)控制所述的脉宽可调激光器(1)的输出频率，通过第一波片(3)和第一偏振片(4)调节激光的输出能量，经第一凸透镜(5)将激光束聚焦至所述的待测KDP类晶体(12)表面，所述的第一楔形(6)以一定比例能量分出两束激光束，第一光束质量分析仪(7)和第一光电探测器(8)分别测量激光焦点的光斑信息和能量信息；

②在一个设定的能量台阶下，按照激光器固有频率，通过计算机(28)控制所述的电控位移台(11)连续匀速扫描待测样品设定扫描区域，每次扫描过程中激光能流固定，相邻光斑的间距满足覆盖待测区域的激光能量为最高能量的90％，每次扫描完成后返回起始点进行下一个能流台阶扫描，直至达到目标通量F_max，此时激光预处理结束，F_max为激光预处理过程中晶体体内出现的损伤点密度小于1个/mm³时的最大能量密度，所述的连续激光器(25)辅助所述的CCD相机(13)对辐照过程中出现的损伤点进行监测，关闭所述的脉宽可调激光器(1)和连续激光器(25)；

3)测量飞秒激光辐照下亚纳秒激光预处理后KDP类晶体的1-on-1零概率损伤阈值：

①开启所述的飞秒激光器(15)，通过第二波片(17)和第二偏振片(18)调节所述的飞秒激光器(15)的输出能量，通过第一凹透镜(19)-第二凸透镜(20)对飞秒激光束进行缩束、扩束和准直，通过第三凸透镜(21)将激光聚焦至所述的待测KDP类晶体(12)表面；

②所述的计算机(28)控制第二快门(2)及电控位移台(11)保证待测KDP类晶体(12)在x-y平面及c角度面进行位移调整及每个测试位置仅受一发激光脉冲辐照，采用1-on-1模式获得单发次多能量密度下经激光预处理待测KDP类晶体(12)的1-on-1零概率损伤测试，在1-on-1损伤测试的同时，所述的第二光束质量分析仪(23)和第二光电探测器(24)分别测量飞秒激光的激光焦斑的有效面积a_eff和激光能量e，所述的CCD相机(13)观察待测KDP类晶体(12)体内形貌，体内出现初始损伤点即可认为在该能量密度激光辐照下，晶体体内出现了损伤；

③利用公式①计算经过激光预处理后待测KDP类晶体(12)的1-on-1零概率损伤阈值F_th2(J/cm²)，通过对比亚纳秒激光预处理前后KDP类晶体的飞秒激光诱导损伤阈值F_th1及F_th2的差异程度，可知激光预处理具有明显的激光诱导损伤阈值提升效果。

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