强激光辐照下镀膜镜面的热变形

论文摘要

研究强激光辐照下镀膜镜面的热变形,对提高强激光系统的性能具有重要意义。本文主要就激光辐照下高反镜热变形问题的尺度律和激光偏振特性对高反镜热变形的影响开展了研究。具体工作如下:1.研究了光学薄膜对激光能量的吸收问题。这是研究激光辐照下镜面热变形的基础。薄膜的吸收率可根据驻波场来计算。推导了一般情况下薄膜驻波场和吸收率的计算公式。针对正入射情形,利用自编程序,计算了某光学薄膜的驻波场和温度场,进而考察了膜层界面的影响。利用反射相移补偿方法,有效降低了渐变折射率高反射膜的表面电场。2.研究了激光辐照下高反镜热变形问题的尺度律。基于热力解耦的准静态理论,给出了激光辐照下高反镜热变形问题的控制方程。考虑常用假设,结合一定的边界条件,通过方程分析的方法,获得两个结论:(1)激光辐照下高反镜热变形问题的尺度律成立;(2)对于同一模型,其它条件不变时,变形、温升、应力、应变与激光功率密度之间具有线性关系。利用ANSYS进行了数值模拟,验证了上述结论的正确性。该结论是利用缩比模型研究大尺度高反镜在激光辐照下的热变形问题的依据,且为缩比模型设计、辐照条件设计、模型实验数据反推到原型等相关问题提供了具体准则。3.研究了激光偏振特性对高反镜热变形的影响。计算了不同偏振态下高反膜的吸收率,发现45°入射时,P偏振光对应的吸收率明显高于S偏振光。设计实验,测量了S偏振光和P偏振光辐照下高反镜的热变形;利用ANSYS开展了数值模拟,模拟结果与实验结果具有较好的一致性。结果表明:在条件相同的情况下,P偏振光辐照下的镜面热变形明显大于S偏振光辐照下的镜面热变形。这可能为强激光系统的光束传输控制提供了一种新思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 光学薄膜的驻波场和温度场
• 2.1 光学薄膜的驻波场
• 2.1.1 S 偏振光
• 2.1.2 P 偏振光
• 2.1.3 一般偏振光
• 2.2 光学薄膜的温度场
• 2.2.1 正入射时薄膜的驻波场
• 2.2.2 多层膜温度场模型
• 2.2.3 温度场的数值求解
• 2.2.4 膜的界面吸收
• 2.2.5 薄膜温度场计算结果
• 2.3 渐变折射率高反射膜的研究
• 2.3.1 渐变折射率模型
• 2.3.2 最佳周期厚度
• 2.3.3 反射相移补偿
• 2.4 本章小结
• 第三章 激光辐照下高反镜热变形
• 3.1 激光辐照下高反镜热变形问题的控制方程
• 3.1.1 解耦准静态理论下高反镜热变形的控制方程
• 3.1.2 有限元ANSYS 软件简介
• 3.1.2.1 ANSYS 的模块结构
• 3.1.2.2 ANSYS 的结构-热分析方法
• 3.2 激光辐照下高反镜热变形问题的尺度律
• 3.2.1 方程分析
• 3.2.2 数值验证
• 3.2.3 结论及分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 激光偏振特性对高反镜热变形的影响
• 4.1 激光偏振特性对高反膜光学性能的影响
• 4.1.1 不同偏振态下入射角的影响
• 4.1.2 偏振角的影响
• 4.2 激光偏振特性对高反镜热变形影响的实验研究
• 4.2.1 实验光路及步骤
• 4.2.1.1 实验光路
• 4.2.1.2 实验步骤
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4.2.3 实验中遇到的问题及解决方法
• 4.3 激光偏振特性对高反镜热变形影响的有限元模拟
• 4.3.1 样品吸收率的计算
• 4.3.2 模型的建立
• 4.3.3 模拟结果
• 4.3.4 与实验结果对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果