[发明专利]一种KDP晶体加工表面缺陷诱导的激光损伤动态行为模拟方法

权利要求书

1.一种KDP晶体加工表面缺陷诱导的激光损伤的动态行为模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、考虑电磁场下的加工表面缺陷导致的近场光学调制效应，通过光强描述强激光在晶体内部传输时聚集的能量；

步骤二、引入光增强因子描述加工表面缺陷对晶体内部光场增强的程度，建立基于电磁场理论的有限元模型并进行求解；

步骤三、基于能量吸收特性，建立能量沉积方程，求解在激光辐照下，材料内部受缺陷影响而沉积的能量；

步骤四、采用JH模型来描述具有软脆特性的KDP晶体的损伤断裂行为，选择最大拉应力作为KDP晶体的失效准则；

步骤五、结合步骤三和步骤四，输入基于能量沉积方程求解得到的能量，建立耦合了电磁场、温度场和应力场的多物理场激光损伤动力学模型。

2.根据权利要求1所述的一种KDP晶体加工表面缺陷诱导的激光损伤的动态行为模拟方法，其特征在于：在步骤一中，基于激光在透明光学材料内部的辐射和传播可以被视为平面电磁波的作用这一特点，结合有限元方法对控制电磁波传播特性的麦克斯韦方程进行了数值求解，获得光强：

其中，S为坡印廷矢量，表示单位时间内垂直于光波传播方向单位面积上通过的能量；τ为激光的传播时间；E为电场强度；ε₀为真空介电常数；ε_r为KDP晶体的相对介电常数；μ₀为真空磁导率；μ_r为KDP晶体的相对磁导率；其中的ε₀、ε_r和μ₀、μ_r分别代表晶体的介电常数和磁导率。

3.根据权利要求2所述的一种KDP晶体加工表面缺陷诱导的激光损伤的动态行为模拟方法，其特征在于：在步骤二中，建立求解光增强因子LIEF的有限元模型，将散射边界条件设定为平面电磁波入射方向的边界条件，将理想磁导体设定为平行于激光入射方向两边的边界条件，用于实现其无限传播，光增强因子LIEF的定义式为，

LIEF＝I/I_i

其中，I为受表面缺陷影响的晶体内部光强；I_i为理想状态下的晶体内部光强。

4.根据权利要求3所述的一种KDP晶体加工表面缺陷诱导的激光损伤的动态行为模拟方法，其特征在于：在步骤三中，材料内部受缺陷影响而沉积的能量E_input为，

E_input＝Q_abs·πa²·I_abs

其中，Q_abs为吸收效率，a为沉积点半径，I_abs为受缺陷调制影响下触发激光损伤时实际吸收的激光能量密度。

5.根据权利要求4所述的一种KDP晶体加工表面缺陷诱导的激光损伤的动态行为模拟方法，其特征在于：触发损伤时缺陷调制下实际吸收的激光能量密度为，

I_abs＝F_th·LIEF_max

其中，F_th为具有加工表面缺陷的KDP晶体在激光辐照下损伤发起时的激光能量密度；LIEF_max为强激光在晶体内部传输时受缺陷近场光学调制效应影响而产生的最大光场增强因子。

6.根据权利要求5所述的一种KDP晶体加工表面缺陷诱导的激光损伤的动态行为模拟方法，其特征在于：根据能量沉积方程计算得到的吸收效率Q_abs为0.12。