内部散射点与膜层参数对KDP晶体光学性能的影响

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kerchi
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KDP晶体是一种性能优良的非线性光学晶体材料,因其较大的电光系数、非线性系数和较高的激光损伤阈值而被广泛应用于激光核聚变工程中,是制作倍频转换元件的最佳晶体材料。但是,KDP晶体在生长以及后续的超精密加工过程中,会形成各种缺陷和表面特征,严重地影响着晶体的激光损伤阈值等光学性能。例如,生长过程中形成的包裹缺陷以及单点金刚石切铣削后表面形成的小尺度波纹等。因此,研究这些缺陷对KDP晶体光学性能的影响对ICF工程具有重要意义。  本文首先利用Mie散射理论建立了KDP晶体内部液相散射颗粒的计算模型,并用MATLAB编制数值计算程序,分析了颗粒直径、复折射率等参数对散射后激光的光强分布、颗粒消光系数和吸收系数等的影响规律。得到了光强集中分布的光锥角度、基波入射下的危险粒径以及颗粒复折射率实部和虚部对吸收系数的影响规律。  接着本文介绍了处理矢量衍射问题的傅立叶模方法,并据此理论建立了在KDP晶体表面镀制仿形膜和平面膜的两种计算模型。以多孔SiO2为镀膜材料,对比分析了分别以能量透过率和激光调制度为指标时的最佳膜层折射率和膜厚的选取规律。透射率约束下膜层最佳折射率是1.22,仿形膜最佳膜层厚度220nm,平面膜最佳厚度受波纹幅值影响,基本在190nm左右。激光调制度约束下仿形膜最佳折射率依然为1.22,厚度为435nm时调制度最小。平面膜此时最好通过调整折射率来降低调制度(尽量使折射率接近KDP的折射率值),而在折射率1.22下调节膜厚,调制度的降低幅度不大。虽然小尺度波纹的周期和幅值对最佳折射率和膜厚影响不大,但对透射率和调制度却有较大影响。综合考虑透射率和调制度的情况下,最佳镀膜厚度应该在220nm±100nm范围内选取。  文章最后以镀制仿形膜为例,分析了光强在晶体内部的分布规律,认识到波纹周期大于4μm时能够使光强峰值离开亚表层损伤区,降低晶体激光损伤的可能性,而小尺度波纹幅值则是越小越好。
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