熔石英體內(nèi)雜質(zhì)對激光光場調(diào)制的研究.pdf

1、激光應(yīng)用于慣性約束核聚變的設(shè)想被提出及理論和技術(shù)上得到證實(shí)后，大型激光驅(qū)動系統(tǒng)的研制受到許多國家的重視。光學(xué)元件的抗損傷能力一直是制約高功率激光系統(tǒng)發(fā)展的一個瓶頸，其表面及體內(nèi)含有的各種缺陷是誘導(dǎo)光學(xué)元件損傷的主要原因之一。熔石英光學(xué)材料是激光系統(tǒng)中常用的光學(xué)元件原材料之一，在材料熔煉及元件加工過程中難以避免地會引入雜質(zhì)顆粒。雜質(zhì)顆粒對入射激光的吸收和調(diào)制會導(dǎo)致光學(xué)元件損傷閾值下降。目前對雜質(zhì)熱效應(yīng)已有深入研究和共識，而關(guān)于雜質(zhì)對入射光

2、場調(diào)制作用的研究不多而且沒有給出一個定量的關(guān)系。本文針對熔石英內(nèi)球形雜質(zhì)顆粒對入射光場的調(diào)制作用，進(jìn)行了理論建模和計(jì)算分析。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　基于Mie散射理論，建立了熔石英體內(nèi)球形雜質(zhì)顆粒對入射光場調(diào)制的三維模型，針對雜質(zhì)參數(shù)（尺寸、折射率）和激光參數(shù)（波長、平面波、高斯波束）對調(diào)制光場的影響進(jìn)行了計(jì)算仿真和分析。研究結(jié)果表明，對于波長為355 nm的平面波入射，如果雜質(zhì)顆粒的半徑小于λ/10，雜質(zhì)對光場的調(diào)制

3、影響不大，可以忽略。當(dāng)顆粒半徑大于λ/10時(shí)，對非耗散雜質(zhì)，光強(qiáng)增強(qiáng)因子（light intensity enhancement factor, LIEF）隨雜質(zhì)折射率與熔石英折射率差值的增大而增大，局部可以達(dá)到102量級。當(dāng)折射率小于熔石英的折射率時(shí)，后向散射強(qiáng)于前向散射；對于耗散雜質(zhì)，其折射率虛部越大， LIEF受折射率實(shí)部的影響越小，前向散射強(qiáng)度隨雜質(zhì)顆粒半徑的增大先上升后下降，當(dāng)半徑大于λ/2時(shí)，后向散射隨雜質(zhì)顆粒半徑增大而增大

4、,且后向散射強(qiáng)于前向散射。光強(qiáng)最強(qiáng)處的位置距雜質(zhì)顆粒表面的最近距離 L受雜質(zhì)的折射率和半徑的影響。對于高斯波束入射，雜質(zhì)周圍光強(qiáng)分布規(guī)律與平面波類似，但是束腰半徑對 LIEF的影響較大，當(dāng)高斯波束的束腰半徑大于10倍波長時(shí)，可以將高斯波束入射退化為平面波入射的情況。
　　總之，雜質(zhì)就像埋藏在熔石英內(nèi)部的微透鏡，它對入射光場調(diào)制引起局部光場增強(qiáng)對光學(xué)元件的損傷有很大的影響。本文結(jié)果對于實(shí)際應(yīng)用中熔石英的處理有一定的指導(dǎo)意義，在光學(xué)元