论文摘要
在高功率激光驱动的惯性约束聚变的大型光学系统中,光学元件的负载能力是限制激光器高通量输出的“瓶颈”,提高光学元件的抗激光损伤能力,延长光学元件的使用寿命是目前面临的重要问题之一。本文根据亚表面划痕诱导激光损伤物理图像即损伤开始和增长,以及减缓工艺三个方面展开。讨论目前普遍接受的几种损伤机理;测试亚表面不同形貌特征划痕的激光损伤阈值;利用有限元方法模拟计算亚表面径向和赫兹锥形划痕对入射光场的调制;利用紫外、二氧化碳激光预处理光学元件,剔除表面杂质和修复亚表面缺陷,有效消除损伤的产生,减缓损伤增长。本文主要工作和得到的结论如下:1)实验用康宁、肖特公司生产的熔石英基片,用光学显微镜观测熔石英表面划痕的形貌,用原子力显微镜测量不同形貌划痕的宽度和深度分布特征。根据划痕的形貌特征将其分为径向划痕（Boussinesq-point-force crack,BPFC）、赫兹锥形划痕（Hertzian-conical scratch,HCS）和塑性压痕（Plastic indent,PI）三类,用Nd:YAG激光器（SAGA）以n-on-1的方式测试损伤阈值。结果表明,锐度较大的BPFC损伤阈值不超过2.0J/cm2;深度小于1μm的HCS阈值可达2.6J/cm2;形变较大的PI阈值至2.8J/cm2,形变较小的PI激光损伤阈值与无缺陷材料3.3J/cm2相当。2)采用有限元方法对熔石英亚表面缺陷（平面和锥形划痕）周围的光强分布进行了数值模拟。研究表明,划痕形状、几何尺寸、方位角、入射角等是影响划痕周围光强分布的主要因素;位于光入射表面的划痕对光强的增强效果比位于出射表面的弱;在理想形状的划痕截面和表面同时发生内全反射时,平面划痕周围的光强增强效果明显。锥形划痕周围的光强分布为正确解释交叉划痕夹角对角线附近的损伤提供了理论依据。3)结合紫外和二氧化碳激光预处理工艺,采用光栅式扫描方式对元件表面进行辐照,通过紫外激光辐照,表面的部分杂质和水份被离化分解,隐藏于基片亚表面层的缺陷如划痕等充分暴露;经CO2激光预处理,使得表面熔融蒸发,从而使表面杂质和缺陷得到有效清除和修复,预处理后激光损伤阈值平均提高30%。
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摘要ABSTRACT第一章 引言1.1 课题背景1.2 国内外研究现状1.3 论文课题的背景1.4 论文研究的内容及其主要结果第二章 熔石英亚表面缺陷激光损伤机制2.1 引言2.2 激光参数对损伤阈值的影响2.2.1 激光波长2.2.2 激光脉冲形状和脉宽2.2.3 多脉冲激光2.2.4 光斑面积2.3 熔石英亚表面缺陷、杂质诱导激光损伤2.3.1 熔石英亚表面缺陷、杂质诱导激光损伤2.3.2 熔石英表面缺陷的热损伤2.4 划痕诱导激光损伤的物理图像2.4.1 损伤的开始2.4.2 损伤增长2.4.3 熔石英亚表面缺陷的场破坏2.4.4 亚表面划痕周围光场的分布2.4.5 损伤度量2.5 小结第三章 熔石英亚表面缺陷检测及激光损伤测试3.1 引言3.2 激光损伤的定义及判断方法3.2.1 激光损伤的定义3.2.2 光学元件材料的损伤3.2.3 激光损伤阈值3.2.4 常见激光损伤的判定方法3.3 熔石英亚表面不同形貌特征划痕的激光损伤研究3.3.1 亚表面缺陷诱导激光损伤机制3.3.2 亚表面划痕的形成3.3.3 亚表面划痕的检测和分类3.3.3.1 亚表面划痕的检测3.3.3.2 亚表面划痕的分类3.4 小结第四章 熔石英亚表面微缺陷附近光场分布的数值模拟4.1 引言4.2 有限元方法4.3 表面划痕的数值求解4.3.1 熔石英亚表面周围的电场4.3.2 亚表面缺陷的模型4.3.3 电场模拟4.4 划痕周围的光强分布4.5 小结第五章 延长光学元件使用寿命原理及工艺5.1 引言5.2 预处理机制2激光预处理机制'>5.2.1 CO2激光预处理机制5.2.2 紫外激光预处理机制2激光预处理研究进展'>5.3 CO2激光预处理研究进展2光栅扫描预处理'>5.3.1 CO2光栅扫描预处理2激光处理'>5.3.2 局部CO2激光处理2激光预处理理论模型'>5.4 Co2激光预处理理论模型5.4.1 温度模型5.4.2 非稳态温度分布5.4.3 非线性热传导和尺度关系5.4.4 温度分布5.4.5 物质移除5.4.6 弹坑的修复5.4.7 激光诱导应力2激光预处理实验'>5.5 紫外CO2激光预处理实验5.5.1 实验过程5.5.1.1 扫描速度及行间距控制5.5.1.2 扫描能量的控制5.5.2 实验结果5.6 小结总结和展望致谢参考文献攻硕期间取得的研究成果
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标签：激光论文; 熔石英亚表面缺陷论文; 激光损伤论文; 有限元方法论文; 光强增强论文;
