Численное моделирование эффекта тепловой линзы в оптической системе, формирующей мощное излучение ближнего ИК-диапазона

Исследуется тепловая линза в оптической системе, формирующей мощное непрерывное излучение ближнего ИК-диапазона (λ = 1,07 мкм). Цель работы — выбор материала для изготовления элементов оптической системы стенда, разрабатываемого для исследований порогов разрушения оптических материалов непрерывным лазерным излучением, на основе результатов численного моделирования эффекта тепловой линзы. В качестве материала оптических элементов рассмотрены оптическое бесцветное стекло марки N-BK7, синтетический плавленый кварц Suprasil, фторид кальция (CaF2). Моделирование процессов нагрева и деформаций оптических элементов проведено методом конечных элементов. С использованием метода трассировки лучей проведен анализ искажений волнового фронта пучка и рассчитана дефокусировка. Проанализирован вклад термодеформаций рабочих поверхностей элементов и температурного изменения показателя преломления материала в искажение волнового фронта проходящего излучения. Проведен анализ влияния термоаберраций на размер рабочего пучка. Полученные результаты могут быть полезны при подборе оптических материалов для элементов оптических систем мощных лазеров.

1. Laskin A., Volpp J. On the selection of materials for high-power laser optics with reduced thermal lensing //High-Power Laser Materials Processing: Applications, Diagnostics, and Systems XI. SPIE, 2022. Vol. 11994. P. 47–58.

2. Носов П. А., Ширанков А. Ф., Третьяков Р. С. и др. Нагрев оптических элементов из высокочистых кварцевых стекол излучением мощных волоконных лазеров // Изв. вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 12. С. 1028– 1033.

3. Носов П. А. Термооптический анализ формирующих систем мощных волоконных лазеров // Прикладная физика. 2017. № 2. С. 87–91.

4. McElhenny J. E. Continuous Wave Laser Induced Damage Threshold of Ge28Sb12Se60 at 1.07 microns // Frontiers in Optics / Laser Science. 2018. Paper JW4A.5.

5. High Power Pulsed and CW Laser Damage [Электронный ресурс]: www.laserdamage.co.uk/includes/downloads/BRL_CW_white_paper.pdf>.

6. Heraeus: кварцевые стекла Suprasil, Infrasil [Электронный ресурс]: www.heraeus-conamic.com/media/Media/Documents/Products_and_Solutions/OPT/EN/Data_and_Properties_Optics_fused_silica_EN.pdf.

7. Материал — кристаллический CaF2 (кальций фтористый, фторид кальция, Calcium Fluoride) [Электронный ресурс]: www.elektrosteklo.ru/CaF2_rus.htm>.

8. SCHOTT: стекло N-BK7 [Электронный ресурс]: www.schott.com/shop/advanced-optics/en/Optical-Glass/SCHOTTN-BK7/c/glass-SCHOTT N-BK7®>.

9. Yoshida S., Reitze D. H., Tanner D. B., Mansell J. D. Method for measuring small optical absorption coefficients with use of a Shack-Hartmann wave-front detector // Appl. Opt. 2003. N 42. P. 4835–4840.

10. Фторид кальция CaF2 [Электронный ресурс]: www.lightmachinery.com/media/1542/h0607_caf2_product_sheet. pdf>.

11. Оптические параметры N-BK7 [Электронный ресурс]: <https://refractiveindex.info/?shelf=glass&book=BK7&p age=SCHOTT>.