[发明专利]一种紫外光学元件激光损伤过程中材料喷溅角度的预测方法

权利要求书

1.一种紫外光学元件激光损伤过程中材料喷溅角度的预测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、确定高功率激光辐照条件下紫外光学元件加工表面微纳缺陷区易于电离的基态电子类型；

步骤二、根据紫外光学元件的晶格结构计算加工表面微纳缺陷区易于电离的基态电子密度；

步骤三、通过设置等密度的离子点群以建立高功率激光辐照下紫外光学元件加工表面微纳缺陷区模型；每个离子点包含两个等电荷量的正、负离子；当原子未发生电离时，正离子代表原子核，负离子代表核外电子；当原子发生电离时，正离子代表阳离子，而负离子代表电离产生的多个自由电子；

根据精度需求确定模型中离子点的电量比，根据电量比及步骤二得到易于电离的基态电子密度，确定模型中的正、负离子密度及正、负离子电荷量；

所述电量比为的表达式为：

N＝n_e/n (1)

其中，n_e为易于电离的基态电子密度，n为模型中的正、负离子密度；

步骤四、在所述紫外光学元件加工表面微纳缺陷区模型中建立激光模型，所述激光模型为激光电场分量的模型，并对所述激光模型进行求解得到激光电场强度；

步骤五、确定离子点受力的时间步长；

步骤六、以激光与紫外光学元件相互作用时间为阈值；求取离子点群的电场强度，并与步骤四得到的激光电场强度复合，计算各正、负离子处的电场强度、所受电场力及运动速度，根据确定的时间步长、所受电场力和运动速度计算各正、负离子下一刻位置，依次进行迭代计算，至累积运动时间达到阈值停止，得到紫外光学元件激光损伤过程中材料喷溅图像；

步骤七、测量紫外光学元件激光损伤过程中材料喷溅图像中的材料喷溅角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述紫外光学元件为KDP晶体光学元件、熔石英、BK7玻璃或者K9玻璃中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二中所述缺陷区易于电离的基态电子密度n_e的计算公式为：

其中，m为紫外光学元件的单个晶格结构中的易于电离的基态电子，V为紫外光学元件的单个晶格结构的体积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤三采用PIC软件通过编程建立所述高功率激光辐照下紫外光学元件加工表面微纳缺陷区模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤三中，正、负离子电荷量的计算公式为：

Q＝N×e (3)

其中，Q为正、负离子的电荷量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤四所述激光模型为：

其中，E_max是激光电场强度的最大值，ω(x)是入射高功率激光的光斑半径，R(x)是入射高功率激光的曲率半径，是入射高功率激光的相位因子，ω₀是入射高功率激光的束腰直径，η₀是真空中的波阻抗，n₂是介质折射率，I_max是入射高功率激光的峰值强度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤五依据柯朗条件确定离子点受力的时间步长，计算公式为：

其中，c为光速，dx和dy分别为离子点所占计算区域的X、Y方向尺寸大小。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤六中通过库仑定律求解紫外光学元件加工表面微纳缺陷区模型的电场强度，并将其与步骤四得到的激光电场强度复合，通过求解麦克斯韦方程组，获得各正、负离子处电场强度及所受电场力。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于步骤六中根据各正、负离子所受电场力，通过求解牛顿-洛伦兹运动方程获得各正、负离子的运动速度。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用Screen Protractor软件测量紫外光学元件激光损伤过程中材料喷溅图像中的材料喷溅角度。