4-62  光学材料微缺陷引起的损伤机理及后处理

柴立群  许  乔  周礼书  胡建平  侯  晶

时域有限差分方法（FDTD）作为一种数值计算方法多用于对导体材料的电磁场分布计算，本研究采用此方法对光学材料表面微缺陷（结瘤、刮痕等）作了二维电磁场分析，对亚表面缺陷（气泡、杂质等）作了三维电磁场分析。计算数据分析表明：光学材料表面及亚表面微缺陷的存在，会造成缺陷附近局部区域的场强增强，使得这些部分容易发生雪崩电离等激光损伤，且不同的缺陷形态、位置和入射光的偏振态均会使局部场强增强的大小和分布不同。图1为光学元件表面有一截面的半圆形长刮痕，TM波不同角度入射时的二维电磁场模拟计算结果。对于衍射光学元件的周期性结构，也尝试用FDTD法进行了模拟计算，为多层介质膜镀制的工艺研究提供了理论基础。总之通过本研究的场强分布计算，为今后的激光诱导损伤模型的热模型分析打下了基础。对于化学湿法刻蚀可否作为光学元件后处理的手段，主要采用实验方法研究了化学湿法刻蚀对光学元件性能的影响，开展了化学湿法刻蚀方法对元件的面形及粗糙度影响，化学刻蚀对元件抗激光损伤能力影响的实验研究。结果表明刻蚀对光学元件的面形及微观粗糙度影响与光学材料的类型及质量等级有关，但随着刻蚀深度的增加，表面粗糙度有所改善。同时实验中发现随着基片刻蚀的深度加深，在一定刻蚀深度内（约500 ns以内），基片抗激光损伤能力有改善，随着刻蚀深度的进一步加深，基片抗激光损伤能力反而有所下降，这可能与刻蚀深度加大后暴露了材料本底的缺陷有关。

同批加工基片对应片1，2，3，4，5，6，7，8，9，10的刻蚀深度递增后损伤阈值为0.89，1.14，1.49，1.26，1.48，1.46，1.36，1.14，1.17，1.18。总之湿法刻蚀如果作为一种光学元件后处理手段使用，需要进一步完善湿刻工艺的可控性。同时考虑到光学元件在神光中的实际应用，通常光学元件本底材料的抗激光损伤能力较膜层高，因而湿刻会否对下一步的膜层镀制带来负面影响还需要进一步研究。