【摘要】：高功率激光系統(tǒng)的發(fā)展是現(xiàn)在激光技術應用的主流方向,由于光學元件損傷限制了高功率系統(tǒng)如ICF激光驅動器的研發(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。強激光誘導熔石英光學元件因其良好的物理特性和抗損傷能力,在經濟成本制約和科技進步的不斷努力中,正在其發(fā)展歷程中不斷解決一個又一個技術問題�，F(xiàn)在主要的修復光學材料表面損傷和損傷再生長的技術中,CO2激光輻照材料表面技術被廣泛地采用。本篇文章主要是針對這一技術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理論模型,以熱吸收作為研究起始,通過實驗和仿真進一步對激光輻照中熔石英元件的溫度分布、殘余應力的特點和熔融流動的實時進程進行對比研討,將運用廣泛的光學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形貌的大小影響的分析,主要的研究內容和結果如下: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。當激光照射損傷的熔石英元件的表面時,光學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部的溫度梯度較大。激光輻照光學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,通過熱傳導和熔體流動的耦合對CO2激光照射下光學元件表面的二維熔體流動建模。通過理論與實驗的結合,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)與結論一致。3、建立了帶凸起的損傷坑的模型。在仿真實驗中,我們采用的是二維熔體流動模型來模擬激光修復損傷的過程。經過仿真我們可以得出結論,對損傷坑運用單點修復后,在元件表面的高斯坑區(qū)域觀察環(huán)形凸起的修復后遺跡。然而原始損傷尺寸越大,修復光學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。通過觀察由實驗數(shù)據(jù)繪制的二維圖可以發(fā)現(xiàn),無論何種類型的損傷,修復結束后形成的表面形貌都很相似。此外,損傷坑比較深的區(qū)域修復難度也相對較大,因為在目前的計算條件和模型難以使損傷達到理想修復效果,即修復后形成周圍帶凸起的高斯坑,從而達不到預期的修復效果�？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)對修復光學元件表面尺寸的影響。實驗數(shù)據(jù)表明在CO2激光修復時,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、斑點尺寸對修復尺寸的作用更為顯著,特別是對光學元件表面損傷坑高度的修復比較大,而激光光束脈沖頻率和占空比對修復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),使光學元件表面平滑。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN249

【參考文獻】

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本文編號：2579918