Abstract

We present an empirical model that describes the experimentally observed laser-induced bulk damage and conditioning behavior in deuterated potassium dihydrogen phosphate (DKDP) crystals. The model expands on an existing nanoabsorber precursor model and the multistep absorption mechanism to include two populations of absorbing defects, one with linear absorption and another with nonlinear absorption. We show that this model connects previously uncorrelated small-beam damage initiation probability data to large-beam damage density measurements over a range of nanosecond pulse widths. In addition, this work predicts the damage behavior of laser-conditioned DKDP.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. Swain, S. Stokowski, D. Milam, and F. Rainer, Appl. Phys. Lett. 40, 350 (1982).
    [CrossRef]
  2. J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
    [CrossRef]
  3. C. W. Carr, H. B. Radousky, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. J. Adams, J. A. Jarboe, M. Feit, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 6720, 672014 (2008).
    [CrossRef]
  5. C. W. Carr, M. D. Feit, M. C. Nostrand, and J. J. Adams, Meas. Sci. Technol. 17, 1958 (2006).
    [CrossRef]
  6. C. W. Carr, J. B. Trenholme, and M. L. Spaeth, Appl. Phys. Lett. 90, 041110 (2007).
    [CrossRef]
  7. J. B. Trenholme, A. M. Rubenchick, and M. D. Feit, Proc. SPIE 5991, 59910X (2005).
    [CrossRef]
  8. M. D. Feit and A. M. Rubenchik, Proc. SPIE 5273, 74 (2004).
    [CrossRef]
  9. G. Duchateau and A. Dyan, Opt. Express 15, 4557 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. G. Duchateau, Opt. Express 17, 10434 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. M. Spaeth, in LLNL Internal Presentation (2007).
  12. R. W. Hopper and D. R. Uhlmann, J. Appl. Phys. 41, 4023 (1970).
    [CrossRef]
  13. J. Bude, G. Guss, M. Matthews, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6720, 672009 (2007).
    [CrossRef]
  14. C. W. Carr, M. J. Matthews, J. D. Bude, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6403, 64030K (2007).
    [CrossRef]

2009 (1)

2008 (1)

J. Adams, J. A. Jarboe, M. Feit, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 6720, 672014 (2008).
[CrossRef]

2007 (4)

C. W. Carr, J. B. Trenholme, and M. L. Spaeth, Appl. Phys. Lett. 90, 041110 (2007).
[CrossRef]

G. Duchateau and A. Dyan, Opt. Express 15, 4557 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

J. Bude, G. Guss, M. Matthews, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6720, 672009 (2007).
[CrossRef]

C. W. Carr, M. J. Matthews, J. D. Bude, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6403, 64030K (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

C. W. Carr, M. D. Feit, M. C. Nostrand, and J. J. Adams, Meas. Sci. Technol. 17, 1958 (2006).
[CrossRef]

2005 (2)

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

J. B. Trenholme, A. M. Rubenchick, and M. D. Feit, Proc. SPIE 5991, 59910X (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

M. D. Feit and A. M. Rubenchik, Proc. SPIE 5273, 74 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

C. W. Carr, H. B. Radousky, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

1982 (1)

J. Swain, S. Stokowski, D. Milam, and F. Rainer, Appl. Phys. Lett. 40, 350 (1982).
[CrossRef]

1970 (1)

R. W. Hopper and D. R. Uhlmann, J. Appl. Phys. 41, 4023 (1970).
[CrossRef]

Adams, J.

J. Adams, J. A. Jarboe, M. Feit, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 6720, 672014 (2008).
[CrossRef]

Adams, J. J.

C. W. Carr, M. D. Feit, M. C. Nostrand, and J. J. Adams, Meas. Sci. Technol. 17, 1958 (2006).
[CrossRef]

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

Bude, J.

J. Bude, G. Guss, M. Matthews, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6720, 672009 (2007).
[CrossRef]

Bude, J. D.

C. W. Carr, M. J. Matthews, J. D. Bude, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6403, 64030K (2007).
[CrossRef]

Carr, C. W.

C. W. Carr, M. J. Matthews, J. D. Bude, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6403, 64030K (2007).
[CrossRef]

C. W. Carr, J. B. Trenholme, and M. L. Spaeth, Appl. Phys. Lett. 90, 041110 (2007).
[CrossRef]

C. W. Carr, M. D. Feit, M. C. Nostrand, and J. J. Adams, Meas. Sci. Technol. 17, 1958 (2006).
[CrossRef]

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

C. W. Carr, H. B. Radousky, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Demos, S. G.

C. W. Carr, H. B. Radousky, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Duchateau, G.

Dyan, A.

Feit, M.

J. Adams, J. A. Jarboe, M. Feit, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 6720, 672014 (2008).
[CrossRef]

Feit, M. D.

C. W. Carr, M. D. Feit, M. C. Nostrand, and J. J. Adams, Meas. Sci. Technol. 17, 1958 (2006).
[CrossRef]

J. B. Trenholme, A. M. Rubenchick, and M. D. Feit, Proc. SPIE 5991, 59910X (2005).
[CrossRef]

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

M. D. Feit and A. M. Rubenchik, Proc. SPIE 5273, 74 (2004).
[CrossRef]

Guss, G.

J. Bude, G. Guss, M. Matthews, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6720, 672009 (2007).
[CrossRef]

Hackel, R. P.

J. Adams, J. A. Jarboe, M. Feit, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 6720, 672014 (2008).
[CrossRef]

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

Hopper, R. W.

R. W. Hopper and D. R. Uhlmann, J. Appl. Phys. 41, 4023 (1970).
[CrossRef]

Jarboe, J. A.

J. Adams, J. A. Jarboe, M. Feit, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 6720, 672014 (2008).
[CrossRef]

Luthi, R. L.

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

Matthews, M.

J. Bude, G. Guss, M. Matthews, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6720, 672009 (2007).
[CrossRef]

Matthews, M. J.

C. W. Carr, M. J. Matthews, J. D. Bude, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6403, 64030K (2007).
[CrossRef]

Milam, D.

J. Swain, S. Stokowski, D. Milam, and F. Rainer, Appl. Phys. Lett. 40, 350 (1982).
[CrossRef]

Nostrand, M. C.

C. W. Carr, M. D. Feit, M. C. Nostrand, and J. J. Adams, Meas. Sci. Technol. 17, 1958 (2006).
[CrossRef]

Radousky, H. B.

C. W. Carr, H. B. Radousky, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Rainer, F.

J. Swain, S. Stokowski, D. Milam, and F. Rainer, Appl. Phys. Lett. 40, 350 (1982).
[CrossRef]

Rubenchick, A. M.

J. B. Trenholme, A. M. Rubenchick, and M. D. Feit, Proc. SPIE 5991, 59910X (2005).
[CrossRef]

Rubenchik, A. M.

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

M. D. Feit and A. M. Rubenchik, Proc. SPIE 5273, 74 (2004).
[CrossRef]

Sell, W. D.

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

Spaeth, M.

M. Spaeth, in LLNL Internal Presentation (2007).

Spaeth, M. L.

J. Bude, G. Guss, M. Matthews, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6720, 672009 (2007).
[CrossRef]

C. W. Carr, M. J. Matthews, J. D. Bude, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6403, 64030K (2007).
[CrossRef]

C. W. Carr, J. B. Trenholme, and M. L. Spaeth, Appl. Phys. Lett. 90, 041110 (2007).
[CrossRef]

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

Stanley, J. R.

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

Stokowski, S.

J. Swain, S. Stokowski, D. Milam, and F. Rainer, Appl. Phys. Lett. 40, 350 (1982).
[CrossRef]

Swain, J.

J. Swain, S. Stokowski, D. Milam, and F. Rainer, Appl. Phys. Lett. 40, 350 (1982).
[CrossRef]

Trenholme, J. B.

C. W. Carr, J. B. Trenholme, and M. L. Spaeth, Appl. Phys. Lett. 90, 041110 (2007).
[CrossRef]

J. B. Trenholme, A. M. Rubenchick, and M. D. Feit, Proc. SPIE 5991, 59910X (2005).
[CrossRef]

Uhlmann, D. R.

R. W. Hopper and D. R. Uhlmann, J. Appl. Phys. 41, 4023 (1970).
[CrossRef]

Vickers, J. L.

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

Weiland, T. L.

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

J. Swain, S. Stokowski, D. Milam, and F. Rainer, Appl. Phys. Lett. 40, 350 (1982).
[CrossRef]

C. W. Carr, J. B. Trenholme, and M. L. Spaeth, Appl. Phys. Lett. 90, 041110 (2007).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

R. W. Hopper and D. R. Uhlmann, J. Appl. Phys. 41, 4023 (1970).
[CrossRef]

Meas. Sci. Technol. (1)

C. W. Carr, M. D. Feit, M. C. Nostrand, and J. J. Adams, Meas. Sci. Technol. 17, 1958 (2006).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Phys. Rev. Lett. (1)

C. W. Carr, H. B. Radousky, and S. G. Demos, Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Proc. SPIE (6)

J. Adams, J. A. Jarboe, M. Feit, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 6720, 672014 (2008).
[CrossRef]

J. J. Adams, T. L. Weiland, J. R. Stanley, W. D. Sell, R. L. Luthi, J. L. Vickers, C. W. Carr, M. D. Feit, A. M. Rubenchik, M. L. Spaeth, and R. P. Hackel, Proc. SPIE 5647, 265 (2005).
[CrossRef]

J. B. Trenholme, A. M. Rubenchick, and M. D. Feit, Proc. SPIE 5991, 59910X (2005).
[CrossRef]

M. D. Feit and A. M. Rubenchik, Proc. SPIE 5273, 74 (2004).
[CrossRef]

J. Bude, G. Guss, M. Matthews, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6720, 672009 (2007).
[CrossRef]

C. W. Carr, M. J. Matthews, J. D. Bude, and M. L. Spaeth, Proc. SPIE 6403, 64030K (2007).
[CrossRef]

Other (1)

M. Spaeth, in LLNL Internal Presentation (2007).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (2)

Fig. 1
Fig. 1

Measured and ADM-predicted 3 ω , 3.5 ns Gaussian pulse ρ ( ϕ ) for unconditioned and conditioned DKDP crystal (boule LL16). Conditioning was performed at 10 J / cm 2 with a 2.85 ns Gaussian pulse. Inset, measured 3 ω S / 1 and R / 1 test results for an unconditioned and conditioned (at 8 J / cm 2 with 3.4 ns Gaussian pulse shape) DKDP crystal (boule LL16), along with ADM predictions. A conditioning coefficient of Cf = 0.15 is extracted using the partially conditioned ( S / 1 C ) test result.

Fig. 2
Fig. 2

Measured and ADM-predicted 3 ω ρ ( ϕ ) for Gaussian and FIT pulses for DKDP crystal from boule LL32. Inset, measured and ADM-predicted 3 ω damage threshold ϕth versus Gaussian pulse width for DKDP crystal (boule LL16).

Equations (8)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Θ t = α ( I ) I ρ C p + · ( D Θ ) ,
N ( a , α ) = n ( a ) f ( α ) .
α ( I ) = α 1 + α 2 f ( I ) = α 1 + α 2 ( c 0 + c 1 I + c 2 I 2 + + c n I n ) ,
f ( α ) = 1 2 π σ e ( α μ ) 2 2 σ 2 .
μ T = μ 1 + μ 2 , σ T = σ 1 + σ 2 .
P ( φ , a ) = α x ( φ , a ) f ( α ) · d α ,
α 2 α 2 * = C f · α 2 ,
ρ ( ϕ ) = a min a max n ( a ) P ( ϕ ) d a ,

Metrics