熔石英體內雜質對激光光場調制的研究.pdf

1、激光應用于慣性約束核聚變的設想被提出及理論和技術上得到證實后，大型激光驅動系統(tǒng)的研制受到許多國家的重視。光學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，其表面及體內含有的各種缺陷是誘導光學元件損傷的主要原因之一。熔石英光學材料是激光系統(tǒng)中常用的光學元件原材料之一，在材料熔煉及元件加工過程中難以避免地會引入雜質顆粒。雜質顆粒對入射激光的吸收和調制會導致光學元件損傷閾值下降。目前對雜質熱效應已有深入研究和共識，而關于雜質對入射光

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

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

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