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裂纹或气泡对熔石英损伤修复坑场调制的近场模拟

章春来 刘春明 向霞 戴威 王治国 李莉 袁晓东 贺少勃 祖小涛

裂纹或气泡对熔石英损伤修复坑场调制的近场模拟

章春来, 刘春明, 向霞, 戴威, 王治国, 李莉, 袁晓东, 贺少勃, 祖小涛
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  • 建立了含有裂纹或气泡的高斯型修复坑的3维模型, 用3维时域有限差分方法研究了熔石英后表面该类缺陷对355 nm入射激光的近场调制. 研究表明, 裂纹的调制明显大于气泡或者高斯坑本身, 因此为了抑制修复元件的初始损伤, 应尽量避免任何未修复的裂纹存在, 尤其是与入射光呈夹角约25°的裂纹, 同时应避免尺寸大于5 λ 的气泡存在. 当裂纹或气泡位于近表面层3 λ 以内且靠近修复坑环边缘时, 对场的调制最明显. 随着侧移的增加, 近表面区缺陷诱导场叠加, 强点总数涨落较大且易形成极大峰值, 特别是含有裂纹的情形; 远表面区强点总数逐渐增大并趋于稳定. 随着嵌深的增加, 强点的数目大体呈减弱趋势, 当嵌深大于3 λ 时, 逐渐趋于平缓振荡. 如果裂纹或气泡位于坑点正下方几个波长内, 激光辐照下其效果相当于延长了高斯坑的深度.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 10904008),和国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金(批准号:11076008)和中央高校基本科研基金(批准号: ZYGX2009X007, ZYGX2010J045,ZYGX2011J043)资助的课题.
    [1]

    Hrubesh L W, Brusasco R M, Grundler W, Norton M A, Donohue E E, Molander W A, Thompson S L, Strodtbeck S R, Whitman P K, Shirk M D, Wegner P J, Nostrand M C, Burnham A K 2003 Proc. SPIE 4932 180

    [2]

    Hrubesh L W, Norton M A, Molander W A, Donohue E E, Maricle S M, Penetrante B M, Brusasco R M, Grundler W, Butler J A, Carr J W, Hill R M, Summers L J, Feit M D, Rubenchik A, Key M H, Wegner P J, Burnham A K, Hackel L A, Kozlowski M R 2002 Proc. SPIE 4679 23

    [3]

    DeFord J F, Kozlowski M R 1993 Proc. SPIE 1848 455

    [4]

    Brusasco R M, Penetrante B M, Butler J A, Hrubesh L W 2002 Proc. SPIE 4679 40

    [5]

    During A, Lamaignére L, Bouchut P, Piombini H 2004 Proc. SPIE 5467 177

    [6]

    Ge D B, Yan Y B 2005 FDTD method for Electromagnetic Waves (Xi'an: Xidian University Press) (in Chinese) [葛德彪, 闫玉波 2005 电磁波时域有限差分方法 (西安: 西安电子科技大学出版社)]

    [7]

    Li L, Xiang X, Zu X T, Wang H J, Yuan X D, Jiang X D, Zheng W G, Dai W 2011 Chin. Phys. B 20 074209

    [8]

    Dai W, Xiang X, Jiang Y, Wang H J, Li X B, Yuan X D, Zheng W G, Lv H B, Zu X T 2011 Opt. Laser Eng. 49 273

    [9]

    Xiang X, Zheng W G, Yuan X D, Dai W Jiang Y, Li X B, Wang H J, Lv H B, Zu X T 2011 Chin. Phys. B 20 044208

    [10]

    During A, Bouchut P, Coutard J G, Leymarie C, Bercegol H 2006 Proc. SPIE 6403 640323

    [11]

    Tomozawa M, Li C Y, Gross T M 2010 Journal of Non-Crystalline Solids 356 1194

    [12]

    Guss G, Bass I, Draggoo V, Hackel R, Payne S, Lancaster M, Mak P 2006 Proc. SPIE 6403 64030M

    [13]

    Hua J R, Li L, Xiang X, Zu X T 2011 Acta. Phys. Sin. 60 044206 (in Chinese) [花金荣, 李莉, 向霞, 祖小涛 2011 物理学报 60 044206]

    [14]

    Hua J R, Jiang X D, Zu X T 2010 High Power Laser and Part. Beams 22 1441 (in Chinese) [花金荣, 蒋晓东, 祖小涛 2010 强激光与粒子束 22 1441]

    [15]

    Brusasco R M, Penetrante B M, Butler J A, Maricle S M, Peterson J E 2002 Proc. SPIE 4679 34

    [16]

    Qiu S G, Wolfe J E, Monterrosa A M, Feit M D, Pistor T V, Stolz C J 2009 Proc. SPIE 7504 75040M

    [17]

    Gallais L, Cormont P, Rullier J L 2009 Opt. Express 17 23488

  • [1]

    Hrubesh L W, Brusasco R M, Grundler W, Norton M A, Donohue E E, Molander W A, Thompson S L, Strodtbeck S R, Whitman P K, Shirk M D, Wegner P J, Nostrand M C, Burnham A K 2003 Proc. SPIE 4932 180

    [2]

    Hrubesh L W, Norton M A, Molander W A, Donohue E E, Maricle S M, Penetrante B M, Brusasco R M, Grundler W, Butler J A, Carr J W, Hill R M, Summers L J, Feit M D, Rubenchik A, Key M H, Wegner P J, Burnham A K, Hackel L A, Kozlowski M R 2002 Proc. SPIE 4679 23

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    Dai W, Xiang X, Jiang Y, Wang H J, Li X B, Yuan X D, Zheng W G, Lv H B, Zu X T 2011 Opt. Laser Eng. 49 273

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    Hua J R, Li L, Xiang X, Zu X T 2011 Acta. Phys. Sin. 60 044206 (in Chinese) [花金荣, 李莉, 向霞, 祖小涛 2011 物理学报 60 044206]

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    [17]

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  • [1] 章春来, 王治国, 向霞, 刘春明, 李莉, 袁晓东, 贺少勃, 祖小涛. 熔石英后表面坑点型划痕对光场调制的近场模拟. 物理学报, 2012, 61(11): 114210. doi: 10.7498/aps.61.114210
    [2] 张丽娟, 张传超, 陈静, 白阳, 蒋一岚, 蒋晓龙, 王海军, 栾晓雨, 袁晓东, 廖威. 激光诱导熔石英表面损伤修复中的气泡形成和控制研究. 物理学报, 2018, 67(1): 016103. doi: 10.7498/aps.67.20171839
    [3] 白阳, 张丽娟, 廖威, 周海, 张传超, 陈静, 叶亚云, 蒋一岚, 王海军, 栾晓雨, 袁晓东, 郑万国. 熔石英损伤修复坑下游光场调制的数值模拟与实验研究. 物理学报, 2016, 65(2): 024205. doi: 10.7498/aps.65.024205
    [4] 蒋勇, 袁晓东, 王海军, 廖威, 刘春明, 向霞, 邱荣, 周强, 高翔, 杨永佳, 郑万国, 祖小涛, 苗心向. 退火对熔石英表面损伤修复点损伤增长的影响. 物理学报, 2016, 65(4): 044209. doi: 10.7498/aps.65.044209
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    [7] 王凤蕊, 黄进, 刘红婕, 周信达, 蒋晓东, 吴卫东, 郑万国. 激光诱导HF酸刻蚀后熔石英后表面划痕的损伤行为研究. 物理学报, 2010, 59(7): 5122-5127. doi: 10.7498/aps.59.5122
    [8] 韩伟, 冯斌, 郑奎兴, 朱启华, 郑万国, 巩马理. 高功率激光装置熔石英紫外损伤增长研究. 物理学报, 2016, 65(24): 246102. doi: 10.7498/aps.65.246102
    [9] 刘红婕, 黄进, 王凤蕊, 周信达, 蒋晓东, 吴卫东. 熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究. 物理学报, 2010, 59(2): 1308-1313. doi: 10.7498/aps.59.1308
    [10] 刘红婕, 周信达, 黄进, 王凤蕊, 蒋晓东, 黄竞, 吴卫东, 郑万国. 355 nm纳秒紫外激光辐照下熔石英前后表面损伤的对比研究. 物理学报, 2011, 60(6): 065202. doi: 10.7498/aps.60.065202
    [11] 沈超, 程湘爱, 田野, 许中杰, 江天. 1064nm纳秒激光对熔石英元件后表面击穿的实验与数值研究. 物理学报, 2016, 65(15): 155201. doi: 10.7498/aps.65.155201
    [12] 刘春明, 杨亮, 晏中华, 蒋勇, 王海军, 廖威, 向霞, 贺少勃, 吕海兵, 袁晓东, 郑万国, 祖小涛. CO2激光局域辐照对熔石英损伤特性的影响. 物理学报, 2013, 62(9): 094701. doi: 10.7498/aps.62.094701
    [13] 章春来, 刘春明, 向霞, 王治国, 李莉, 袁晓东, 贺少勃, 祖小涛. 形状与位置对断点划痕场分布的影响研究. 物理学报, 2012, 61(16): 164207. doi: 10.7498/aps.61.164207
    [14] 魏兵, 董宇航, 王飞, 李存志. 基于移位算子时域有限差分的色散薄层节点修正算法. 物理学报, 2010, 59(4): 2443-2450. doi: 10.7498/aps.59.2443
    [15] 姜彦南, 葛德彪. 层状介质时域有限差分方法斜入射平面波引入新方式. 物理学报, 2008, 57(10): 6283-6289. doi: 10.7498/aps.57.6283
    [16] 王 刚, 温激鸿, 韩小云, 赵宏刚. 二维声子晶体带隙计算中的时域有限差分方法. 物理学报, 2003, 52(8): 1943-1947. doi: 10.7498/aps.52.1943
    [17] 姚 欣, 高福华, 李剑峰, 张怡霄, 温圣林, 郭永康. 光束取样光栅强激光近场调制及诱导损伤研究. 物理学报, 2008, 57(8): 4891-4897. doi: 10.7498/aps.57.4891
    [18] 颛孙旭, 马西奎. 一种适用于任意阶空间差分时域有限差分方法的色散介质通用吸收边界条件算法. 物理学报, 2012, 61(11): 110206. doi: 10.7498/aps.61.110206
    [19] 钟勉, 杨亮, 任玮, 向霞, 刘翔, 练友运, 徐世珍, 郭德成, 郑万国, 袁晓东. 高功率脉冲电子束辐照SiO2的光学和激光损伤性能. 物理学报, 2014, 63(24): 246103. doi: 10.7498/aps.63.246103
    [20] 汪 莎, 陈 军, 童立新, 高清松, 刘 崇, 唐 淳. 熔石英棒-光纤构成的新型复合相位共轭镜的实验和理论研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1719-1724. doi: 10.7498/aps.57.1719
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-09-21
  • 修回日期:  2011-10-20
  • 刊出日期:  2012-06-05

裂纹或气泡对熔石英损伤修复坑场调制的近场模拟

  • 1. 电子科技大学物理电子学院, 成都 610054;
  • 2. 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 绵阳 621900
    基金项目: 

    国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 10904008),和国家自然科学基金委员会-中国工程物理研究院联合基金(批准号:11076008)和中央高校基本科研基金(批准号: ZYGX2009X007, ZYGX2010J045,ZYGX2011J043)资助的课题.

摘要: 建立了含有裂纹或气泡的高斯型修复坑的3维模型, 用3维时域有限差分方法研究了熔石英后表面该类缺陷对355 nm入射激光的近场调制. 研究表明, 裂纹的调制明显大于气泡或者高斯坑本身, 因此为了抑制修复元件的初始损伤, 应尽量避免任何未修复的裂纹存在, 尤其是与入射光呈夹角约25°的裂纹, 同时应避免尺寸大于5 λ 的气泡存在. 当裂纹或气泡位于近表面层3 λ 以内且靠近修复坑环边缘时, 对场的调制最明显. 随着侧移的增加, 近表面区缺陷诱导场叠加, 强点总数涨落较大且易形成极大峰值, 特别是含有裂纹的情形; 远表面区强点总数逐渐增大并趋于稳定. 随着嵌深的增加, 强点的数目大体呈减弱趋势, 当嵌深大于3 λ 时, 逐渐趋于平缓振荡. 如果裂纹或气泡位于坑点正下方几个波长内, 激光辐照下其效果相当于延长了高斯坑的深度.

English Abstract

参考文献 (17)

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