發(fā)布時間：2020-02-15 21:14

【摘要】：高功率激光系統(tǒng)的發(fā)展是現(xiàn)在激光技術(shù)應(yīng)用的主流方向,由于光學(xué)元件損傷限制了高功率系統(tǒng)如ICF激光驅(qū)動器的研發(fā),怎么最大程度減弱激光輻照造成器件表面損傷是現(xiàn)在需要解決的問題。強(qiáng)激光誘導(dǎo)熔石英光學(xué)元件因其良好的物理特性和抗損傷能力,在經(jīng)濟(jì)成本制約和科技進(jìn)步的不斷努力中,正在其發(fā)展歷程中不斷解決一個又一個技術(shù)問題。現(xiàn)在主要的修復(fù)光學(xué)材料表面損傷和損傷再生長的技術(shù)中,CO2激光輻照材料表面技術(shù)被廣泛地采用。本篇文章主要是針對這一技術(shù)開展了一系列地理論分析和數(shù)值計算,建立和分析了其熱力學(xué)理論模型,以熱吸收作為研究起始,通過實(shí)驗(yàn)和仿真進(jìn)一步對激光輻照中熔石英元件的溫度分布、殘余應(yīng)力的特點(diǎn)和熔融流動的實(shí)時進(jìn)程進(jìn)行對比研討,將運(yùn)用廣泛的光學(xué)材料表面損傷在物理層面建立模型,然后觀察各種激光參數(shù)對高斯坑的熔融修復(fù)形貌的大小影響的分析,主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1、模擬熔融二氧化硅元件由不同的激光高斯圓光斑照射的溫度分布和變化過程。當(dāng)激光照射損傷的熔石英元件的表面時,光學(xué)元件表面的中心溫度較高,然后周圍材料的溫度成依次遞減趨勢,沿著水平面方向從激光照射損傷坑的中心起溫度梯度較小,垂直于元件表面指向元件內(nèi)部的溫度梯度較大。激光輻照光學(xué)元件表面溫度升高和降低表現(xiàn)為前期變化迅速,等到后期則變化緩慢,同時材料的光斑邊緣周圍表面溫度梯度很大。2、在本文中,通過熱傳導(dǎo)和熔體流動的耦合對CO2激光照射下光學(xué)元件表面的二維熔體流動建模。通過理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合,描述了熔融石英材料表面損傷的重建形態(tài)特征。分析了三種驅(qū)動力對熔體流動過程的作用。發(fā)現(xiàn)熔融二氧化硅元件的表面張力是流動的主要推動力,在其的影響下,光學(xué)元件表面材料的流動明顯變化。損傷坑附近環(huán)形凸起的特殊形態(tài)與結(jié)論一致。3、建立了帶凸起的損傷坑的模型。在仿真實(shí)驗(yàn)中,我們采用的是二維熔體流動模型來模擬激光修復(fù)損傷的過程。經(jīng)過仿真我們可以得出結(jié)論,對損傷坑運(yùn)用單點(diǎn)修復(fù)后,在元件表面的高斯坑區(qū)域觀察環(huán)形凸起的修復(fù)后遺跡。然而原始損傷尺寸越大,修復(fù)光學(xué)元件表面的難度越高。4、研究激光功率、輻照時間和激光光束半徑對激光照射期間熔融流動的作用。通過觀察由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的二維圖可以發(fā)現(xiàn),無論何種類型的損傷,修復(fù)結(jié)束后形成的表面形貌都很相似。此外,損傷坑比較深的區(qū)域修復(fù)難度也相對較大,因?yàn)樵谀壳暗挠嬎銞l件和模型難以使損傷達(dá)到理想修復(fù)效果,即修復(fù)后形成周圍帶凸起的高斯坑,從而達(dá)不到預(yù)期的修復(fù)效果�？傮w來說提高激光裝置的輸出穩(wěn)定性、增大光束的半徑以及合理的控制輻照時間可以使修復(fù)后的表面更光滑。5、分析激光器發(fā)射的脈沖激光參數(shù)對修復(fù)光學(xué)元件表面尺寸的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明在CO2激光修復(fù)時,高斯坑普遍出現(xiàn)在蒸發(fā)和熔融區(qū),激光輸出功率、照射長短、斑點(diǎn)尺寸對修復(fù)尺寸的作用更為顯著,特別是對光學(xué)元件表面損傷坑高度的修復(fù)比較大,而激光光束脈沖頻率和占空比對修復(fù)大小的作用相對來說較低。并且激光器的激光光束頻率的加大,觀察到蒸發(fā)尺寸開始降低,但熔化尺寸不改變,這樣就制約了蒸發(fā),使光學(xué)元件表面平滑。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN249

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李永強(qiáng);黃存友;;激光技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];裝備制造技術(shù);2013年01期

2 于景俠;賀少勃;向霞;袁曉東;鄭萬國;郭袁俊;祖小濤;;激光輻照熔石英控制的ANSYS仿真[J];電子科技大學(xué)學(xué)報;2012年06期

3 沈自才;崔云;牛錦超;;激光技術(shù)在航天工程中的應(yīng)用及對策[J];紅外與激光工程;2012年10期

4 蔣勇;向霞;劉春明;羅成思;王海軍;袁曉東;賀少勃;任瑋;呂海兵;鄭萬國;祖小濤;;Two localized CO_2 laser treatment methods for mitigation of UV damage growth in fused silica[J];Chinese Physics B;2012年06期

5 于景俠;賀少勃;向霞;袁曉東;鄭萬國;呂海兵;祖小濤;;High temperature thermal behaviour modeling of large-scale fused silica optics for laser facility[J];Chinese Physics B;2012年06期

6 蔣勇;劉春明;羅成思;袁曉東;向霞;王海軍;賀少勃;呂海兵;任瑋;鄭萬國;祖小濤;;Mitigation of laser damage growth in fused silica by using a non-evaporative technique[J];Chinese Physics B;2012年05期

7 章春來;劉春明;向霞;戴威;王治國;李莉;袁曉東;賀少勃;祖小濤;;裂紋或氣泡對熔石英損傷修復(fù)坑場調(diào)制的近場模擬[J];物理學(xué)報;2012年12期

8 李莉;向霞;祖小濤;袁曉東;賀少勃;蔣曉東;鄭萬國;;Incident laser modulation of a repaired damage site with a rim in fused silica rear subsurface[J];Chinese Physics B;2012年04期

9 李熙斌;袁曉東;賀少勃;呂海兵;王海軍;向霞;鄭萬國;;激光鈍化對熔石英修復(fù)后損傷性能影響的實(shí)驗(yàn)研究[J];物理學(xué)報;2012年06期

10 向霞;鄭萬國;袁曉東;蔣勇;戴威;黃進(jìn);王海軍;李熙斌;呂海兵;賀少勃;祖小濤;;退火參數(shù)對熔石英透射波前和損傷閾值的影響[J];強(qiáng)激光與粒子束;2011年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 蔣勇;熔石英光學(xué)元件表面損傷修復(fù)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];電子科技大學(xué);2012年

，

本文編號：2579918