学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

用FDTD分析KDP晶体微纳表层对内部光强分布的影响

作　者: 陈宽能
导　师: 陈明君
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: KDP晶体时域有限差分法小尺度波纹相对光强激光损伤阈值
分类号: TG665
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 28次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

KDP晶体是一种性能优良的非线性光学晶体材料,因其具有较大的非线性光学系数、较高的激光损伤阈值、较宽的透光波段、优良的光学均匀性、易于实现相位匹配、易于生长等特点,而被广泛地用作光学频率转换器件以及光电开关元件。但是,KDP晶体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,生长过程中形成的各类包裹体缺陷以及单点金刚石铣削后表面形成的小尺度波纹等。因此,研究这些缺陷对其激光损伤阈值的影响规律和程度大小,不仅可以进一步解释KDP晶体的激光损伤机理,还可为提高光学性能提供理论基础和参数依据,进一步指导快速生长工艺的改进以及加工参数的合理选取,以满足目前激光核聚变装置对KDP晶体光学元件所提出的苛刻要求,对惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)工程至关重要。本文首先对采用时域有限差分方法(Finite Difference Time Domain,FDTD)建模过程中所涉及到的空间和时间步长选择、吸收边界条件和周期性边界条件设置等相关内容进行分析,并建立平面电磁波垂直投射到光滑的和镀膜的KDP晶体表面的分析模型,采用FDTD方法求解晶体内部的光强,与公式计算结果以及薄膜增透理论进行对比验证,为后续的分析工作做了铺垫。然后阐述小尺度波纹的产生和提取,分析小尺度波纹、凹坑和包裹体对KDP晶体内部光强分布的影响规律和程度大小。结果表明:小尺度波纹、凹坑和包裹体会使晶体内部的衍射场发生畸变,导致晶体内部光强呈现强弱分布;且畸变程度与不同特征参数(小尺度波纹幅值和周期、凹坑大小、包裹体大小和折射率)有关。最后对KDP晶体激光损伤阈值实验进行分析,结果表明:晶体的前、后表面损伤和体损伤多以炸裂为主,且后表面炸裂的程度明显比前表面严重;粗糙度不能作为评价表面形貌对KDP激光损伤阈值影响的唯一标准;小尺度波纹对激光的小尺度扰动是激光发生小尺度自聚焦的重要原因。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题背景及研究目的与意义  8-12
    1.1.1 惯性约束核聚变  8-10
    1.1.2 惯性约束核聚变中对KDP晶体的应用及要求  10-11
    1.1.3 研究目的与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
  1.3 本课题的主要研究内容  15-17
第2章 FDTD相关理论和数值验证  17-28
  2.1 FDTD基本理论  17-22
    2.1.1 麦克斯韦方程组的微分形式  17-18
    2.1.2 FDTD基本思想及二维FDTD情形  18-20
    2.1.3 空间步长和时间步长的选取  20-21
    2.1.4 边界条件  21-22
  2.2 均匀平面波垂直投射到理想KDP晶体表面  22-25
    2.2.1 电磁波的能量密度矢量和光强度  22-23
    2.2.2 理论计算理想KDP晶体内部光强  23-24
    2.2.3 FDTD计算理想KDP晶体内部光强  24-25
  2.3 理想情况下最佳膜层厚度和折射率  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 FDTD分析小尺度波纹对KDP晶体内部光强分布的影响  28-38
  3.1 小尺度波纹的形成及提取  28-31
  3.2 小尺度波纹对KDP晶体内部光强分布的影响研究  31-37
    3.2.1 小尺度波纹FDTD分析模型的建立  31
    3.2.2 小尺度波纹对光强的调制作用  31-32
    3.2.3 不同周期小尺度波纹对光强的调制作用  32-33
    3.2.4 小尺度波纹周期与晶体内部光强分布周期的关系  33-35
    3.2.5 不同幅值小尺度波纹对光强的调制作用  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章凹坑和包裹体对内部光强分布的影响及激光损伤阈值的实验研究  38-54
  4.1 凹坑对KDP晶体内部光强分布的影响  38-41
    4.1.1 凹坑FDTD分析模型的建立  38
    4.1.2 凹坑对内部光强的调制作用  38-41
  4.2 包裹体对KDP晶体内部光强分布的影响  41-45
    4.2.1 包裹体的形成  41-42
    4.2.2 包裹体FDTD分析模型的建立  42
    4.2.3 包裹体对内部光强的调制作用  42-45
  4.3 KDP晶体激光损伤阈值实验  45-47
    4.3.1 KDP晶体SPDT加工实验  45-46
    4.3.2 KDP晶体激光损伤阈值测试实验  46-47
  4.4 实验结果分析与讨论  47-52
    4.4.1 KDP晶体的损伤类型与形貌  47-48
    4.4.2 表面粗糙度对KDP晶体激光损伤阈值的评价  48-50
    4.4.3 KDP晶体低损伤阈值原因分析  50-52
  4.5 本章小结  52-54
结论  54-56
参考文献  56-60
攻读学位期间发表的学术论文  60-62
致谢  62

用FDTD分析KDP晶体微纳表层对内部光强分布的影响

内容摘要

全文目录

相似论文