熔石英表面划痕附近电磁场分布模拟分析-强激光与粒子束.PDFVIP

! 第# 卷! 第 期 强 激 光 与 粒 子 束 $%’ # ，(%’ ! ! )**+ 年 月 ,-., /0123 45623 5(7 /538-942 :25;6 =’ ， )**+! 文章编号：! **?@A))（)**+ ）*?**B#?*@ 熔石英表面划痕附近电磁场分布模拟分析! ) 王! 毅 ，! 许! 乔 ，! 柴立群 ，! 陈! 宁 ，! 朱湘琴 （! 成都精密光学工程研究中心，四川 成都B**@ ；)! 西安电子科技大学 物理系，陕西 西安# **# ） ! ! 摘! 要：! 亚表面缺陷是造成固体激光器光学器件损伤阈值过低的重要原因，而表面划痕是缺陷中重要的 一种。使用时域有限差分方法（C787 ）模拟了熔石英表面圆柱形、三角形划痕对激光电磁场的调制作用，绘出 了) 维电磁场强度分布图，计算出划痕尺寸不同时电磁场的最大强度。数值计算结果表明，尺寸为二倍波长的 划痕可以获得最大的电磁场强度，此时容易导致自聚焦；亚波长级和足够大尺寸的划痕作用基本可以忽略。一 定尺寸的划痕，深度越大，最大场强也越大，但当划痕过深时最大场强反而会降低。 ! ! 关键词：! 激光损伤；! 亚表面缺陷；! 时域有限差分方法；! 电磁场分布 ! ! 中图分类号：! 8(*)! ! ! ! 文献标识码：! 5 ! ! 当前随着固体激光器输出功率逐渐提高，激光光学器件在紫外波段会受到严重的损伤，成为限制-9C （激 光约束聚变）系统进一步提高功率密度的主要障碍，导致损伤阈值太低的一个主要因素是亚表面缺陷。近年 来亚表面缺陷研究已经成为世界各国研究的热点，美国4DEFGH%GF 国家实验室（44(4 ）已经获得大量损伤阈值 ［，) ］ ［A ］ 测试结果 ，从理论上提出数种损伤产生机制 。 ! ! 光学器件制造流程中（如切割、抛光）难以避免地会引入许多形状复杂、尺寸深度不同的划痕，它们使元件 在受到激光照射时，在材料内部形成集中的电磁场分布，容易引发自聚焦、电子崩电离等，直接导致材料抗损伤 能力下降。本文就基于简化的划痕模型，用时域有限差分方法，模拟附近电磁场分布，研究电场分布随划痕尺 寸等因素变化的规律，为光学元件的制造误差控制提供依据，以便在工程加工中尽力避免这些尺寸的划痕。 # 理# 论 ! ! 熔石英表面划痕多为三角形和圆形槽，在高功率激光照射下，需要确定各位置电磁场的瞬态分布，时域有 限差分法（C787 ）是适用有效的方法。 ! ! 研究表面划痕对激光的散射作用，可以采用将二维三波（入射波、反射波和透射波）时域有限差分法应用 于半空间情况的散射分析途径［@ ］。在直角坐标系中，对于二维问题，令所有物理量均与! 坐标无关，即 I ! J * 。电磁场直角分量可分为两组，即 ， ，% 为一组，称为对于 的82 波；% ，% ， 为一组，称为对于 # $ ! ! # $ ! ! 的8; 波。令’ （# ，$ ，( ）代表! 或 的某一分量，在时间和空间域中的 离散约定为以下符号： ’ （# ，$ ，(