發(fā)布時間：2018-01-05 06:25

  本文關(guān)鍵詞：使用多光譜手段研究熔石英斷裂機理　出處：《光譜學與光譜分析》2017年11期 　論文類型：期刊論文

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【摘要】：熔石英玻璃是高能激光系統(tǒng)中不可缺少的光學材料,其損傷問題一直是限制系統(tǒng)能量提升的瓶頸之一。通過納秒激光脈沖誘導熔石英玻璃樣品產(chǎn)生斷裂,并使用多光譜手段對斷裂前后樣品進行檢測,從而在實驗和理論上了解了樣品斷裂形貌及內(nèi)部相變結(jié)構(gòu)成因,并從宏觀到微觀上統(tǒng)一解釋了斷裂形貌和相變結(jié)構(gòu)的關(guān)系。在激光等離子沖擊波作用下,熔石英發(fā)生斷裂,且沖擊波作用過程中在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生了推動裂紋擴展的尖端環(huán)向應(yīng)力。在尖端環(huán)向應(yīng)力作用下,不同損傷區(qū)域形成了不同擴展速度和長度的裂紋,按照裂紋形貌特性差異可以將斷裂區(qū)分為霧化區(qū)、羽毛區(qū)、鏡面區(qū)三個部分。使用透射光譜、能量散射光譜檢測損傷前后樣品,發(fā)現(xiàn)裂紋的產(chǎn)生引起了玻璃透過率和帶隙的下降,且斷裂區(qū)出現(xiàn)氧原子游離或缺失;使用Raman光譜檢測樣品損傷前后不同形貌區(qū),發(fā)現(xiàn)等離子沖擊波使熔石英中Si—O—Si鍵斷裂并發(fā)生重組,導致鏡面區(qū)、羽毛區(qū)、霧化區(qū)三元拓撲環(huán)和四元拓撲環(huán)宏觀上對應(yīng)的斯石英相和柯石英相的相對含量依次升高,破壞了材料的固有原子結(jié)構(gòu)特性,使材料斷裂區(qū)向高密度相轉(zhuǎn)變。氧游離的發(fā)生會在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生的大量缺陷,從而使得玻璃透過率及帶隙下降,嚴重影響了玻璃的性能。
[Abstract]:Fused silica glass is an indispensable optical material in high energy laser system. The damage problem is one of the bottlenecks to limit the energy increase of the system. The nanosecond laser pulse induces the fracture of fused quartz glass sample. The multispectral method was used to detect the samples before and after fracture, so that the fracture morphology and the formation of internal phase transition structure of the samples were studied experimentally and theoretically. The relationship between fracture morphology and phase transition structure is explained uniformly from macroscopic to microcosmic. Under the action of laser plasma shock wave, the fused quartz is fractured. In the process of shock wave, the tip toroidal stress is produced in the glass to promote the crack propagation. Under the action of the tip toroidal stress, the crack with different propagation speed and length is formed in different damage areas. According to the difference of crack morphology, the fracture can be divided into three parts: atomization zone, feather area and mirror area. The samples before and after damage can be detected by transmission spectrum and energy scattering spectrum. It is found that the occurrence of cracks leads to the decrease of glass transmittance and band gap, and oxygen atom dissociation or absence in the fracture zone. Raman spectra were used to detect the different morphologies of the samples before and after the damage. It was found that plasma shock wave made the Si-O-Si bond break and recombine in fused quartz, which led to the mirror area and feather area. The relative contents of the quartz and coesite phases in the atomized region of the ternary topological ring and the quaternary topological ring increase in turn, thus destroying the intrinsic atomic structure of the material. A large number of defects will occur in the glass due to the occurrence of oxygen ionization, which leads to the decrease of the glass transmittance and band gap, which seriously affects the properties of the glass.
【作者單位】： 四川大學電子信息學院;中國工程物理研究院激光聚變研究中心;
【基金】：國家自然科學基金項目(11574221)資助
【分類號】：TN249
【正文快照】： 引言高能激光技術(shù)在工業(yè)加工、激光武器等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,使激光誘導光學元器件損傷問題受到人們高度關(guān)注[1-2]。熔石英玻璃作為一種常見的高功率光學元件,研究其損傷機理,可為提高系統(tǒng)輸出能量提供理論基礎(chǔ)[3-4]。激光等離子沖擊波作用熔石英玻璃時,國內(nèi)外學者大致從宏觀熱

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本文編號：1381941