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在惯性约束核聚变装置终端光学组件中,KDP晶体作为频率转换元件具有口径大、厚度小的结构特点,在重力作用下容易变形,引起相位失配,导致频率转换效率的下降。此外,晶体与光束的之间夹角也需要严格控制,以保证相位匹配条件,而这需要对晶体的定位精度进行设计,否则也会降低频率转换效率。因此,研究倍频用大口径KDP晶体的精密安装工艺,使之在装夹机构夹持力的作用下能保持良好的面形质量和应力分布状态,并且能够保证足够高的快速安装更换定位精度,这对于高功率激光系统获得高质量光束、高的维护效率具有重要的意义。 本文基于弹性薄板变形理论,建立边界约束条件下晶体形变的理论公式并计算因重力作用导致的变形量,同时建立了力学参数对晶体性能的影响关系。 本文基于非理想接触面条件下分析了面接触装夹方案的晶体面形质量,提出了改善的点接触装夹模型方案,通过有限元方法分析了该装夹方式对晶体变形、应力、折射率变化等方面的影响,并采用优化算法对接触点的位置进行优化,根据优化结果设计点接触模型结构,并进行装夹测试,测试结果表明该晶体夹持方案能有效改善晶体的面形质量。 除了装夹机构对晶体面形的影响外,晶体安装的位置精度也会影响频率转换效率。本文针对终端光学组件中晶体安装机构的要求,研究了准运动耦合机构(Quasi-Kinematic Coupling,QKC)的定位方案可行性。分析了准运动耦合机构的特点以及影响定位精度的因素,建立了准运动耦合机构互换性误差的几何模型,并推导了其数学表达式,然后通过蒙特卡洛方法对结构的定位精度进行了计算与分析。将设计的方案制作了实物模型,采用三坐标测量仪中对定位精度进行了测试。