金屬污染誘導(dǎo)熔石英表面損傷機理研究.pdf

1、在高功率激光驅(qū)動的慣性約束聚變大型光學(xué)系統(tǒng)中，光學(xué)元件的負載能力是限制激光器高通量輸出的瓶頸。光學(xué)元件表面固有缺陷是導(dǎo)致?lián)p傷閾值低的主要原因，但在大型光學(xué)系統(tǒng)運行中，表面污染物則是降低損傷閾值和使用壽命的重要因素。因此，研究光學(xué)元件表面污染物誘導(dǎo)損傷規(guī)律對于提高光學(xué)元件的抗激光損傷能力，延長使用壽命具有重要現(xiàn)實意義。
　　論文針對光學(xué)系統(tǒng)運行過程中光學(xué)元件表面污染物的不同形態(tài):薄膜狀污染和顆粒狀污染，研究了污染物誘導(dǎo)熔石英元件表面

2、損傷的物理圖像即初始損傷、損傷增長。并采用二氧化碳修復(fù)技術(shù)修復(fù)損傷坑，提高損傷閾值和抑制損傷增長。本文的主要工作和得到的結(jié)論如下:
　　1、建立了熔石英表面污染物誘導(dǎo)損傷的理論模型，采用有限元軟件模擬分析了在一個脈沖輻照過程中熔石英樣片表面的溫度場和應(yīng)力場分布。熔石英樣片的損傷主要發(fā)生在激光脈沖輻照后，樣片快速升溫，并超過軟化點。損傷斑內(nèi)部最大應(yīng)力為30.73Mpa，中心為壓應(yīng)力，四周為拉應(yīng)力，為實驗研究提供了依據(jù)。
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3、、研究了薄膜狀金屬污染物誘導(dǎo)熔石英樣片損傷的物理過程。污染熔石英樣片的損傷均發(fā)生在后表面，污染物在前表面時引起樣片損傷閾值下降比污染物在后表面時引起樣片損傷閾值下降嚴(yán)重。根據(jù)熔石英表面污染物薄膜對脈沖激光的吸收系數(shù)，原子力顯微鏡圖像，結(jié)合熱沖擊模型和等離子體沖擊理論，從微觀上分析了污染物誘導(dǎo)損傷的物理圖像。
　　3、采用“1-on-1”，“10-on-1”，“20-on-1”三種方式測試不同尺寸污染顆粒誘導(dǎo)熔石英表面損傷斑的尺寸、

4、熔石英樣片的閾值。當(dāng)顆粒污染物在前表面時，污染物在1次激光脈沖輻照下形成的損傷斑尺寸約為污染物尺寸的2.5倍，并隨著輻照次數(shù)的增加而增加，最大可達6倍。顆粒狀污染物在后表面時，損傷斑尺寸與輻照次數(shù)關(guān)系不大，約為污染物顆粒尺寸的2倍。
　　4、研究了潔凈熔石英元件和被污染后熔石英元件初始損傷點的損傷增長規(guī)律，結(jié)果表明:后表面的初始損傷點尺寸均隨著脈沖激光輻照次數(shù)呈指數(shù)增長，前表面的初始損傷點隨脈沖激光輻照次數(shù)呈線性增長，且前表面的損