【摘要】：激光元件在大功率激光系統(tǒng)中往往會受到強(qiáng)激光輻照而發(fā)生損傷,提升激光元件的負(fù)載能力,保證大功率激光系統(tǒng)正常運(yùn)行具有重要的意義。對激光元件表面小尺寸損傷進(jìn)行修復(fù)、抑制損傷增長和提高激光元件的抗激光損傷性能是兩種提升激光元件使用壽命的主要方法。課題主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:1.研究了強(qiáng)激光輻照熔石英元件時,熱效應(yīng)產(chǎn)生的驅(qū)動應(yīng)力使損傷點(diǎn)附近的材料發(fā)生熔融流動實現(xiàn)愈合損傷點(diǎn)。應(yīng)用熔石英內(nèi)部的溫度場分布公式,仿真分析高斯脈沖激光脈寬與光斑直徑一定時,激光單次輻照修復(fù)熔石英的臨界能量以及在臨界能量范圍內(nèi)所能達(dá)到的熔融深度。2.以小尺寸損傷修復(fù)理論為基礎(chǔ),設(shè)計了熔石英表面小尺寸損傷的修復(fù)實驗。針對橫向尺寸小于25μm,縱向深度小于5μm的損傷點(diǎn)進(jìn)行了激光輻照修復(fù)實驗以及引入HF輔助的激光輻照修復(fù)實驗。結(jié)果表明:引入HF輔助處理后,選用50mJ能量輻照損傷點(diǎn)修復(fù)效果最好,損傷點(diǎn)縱向深度從4.93μm降低到1.17μm;修復(fù)點(diǎn)的激光損傷閾值可恢復(fù)到未發(fā)生損傷的熔石英基底的88%以上,甚至超過未損傷的熔石英基底激光損傷閾值;同時修復(fù)前后熔石英的光透過率沒有明顯的變化。3.采用激光預(yù)處理、離子束后處理和HF化學(xué)處理三種技術(shù)對激光元件分別進(jìn)行預(yù)處理,可提升激光元件的抗激光損傷性能。對HfO_2薄膜進(jìn)行激光預(yù)處理實驗,其激光損傷閾值最高可以提升28.4%(@1064nm)和33.7%(@532nm),同時光透過率沒有明顯變化;對HfO_2薄膜進(jìn)行離子束后處理實驗,其激光損傷閾值最高可以提升20.18%,同時光透過率沒有明顯變化;對熔石英基底進(jìn)行HF化學(xué)處理實驗。結(jié)果表明:熔石英基底的激光損傷閾值隨著處理時間的進(jìn)行先增大后減小,最高可以提升38%,同時透過率沒有明顯變化。
【圖文】：

1.1研究背景與意義大功率激光驅(qū)動器的發(fā)展與激光慣性約束核聚變的研究是自上世紀(jì)七十年代以來強(qiáng)激光領(lǐng)域能夠體現(xiàn)國家重大需求的重要熱點(diǎn)，世界各國都開展了關(guān)于高能激光系統(tǒng)的研究[1]。比如美國建成的國家點(diǎn)火系統(tǒng)、法國研制的兆焦耳激光系統(tǒng)以及中國研發(fā)的神光裝置。這些高功率激光裝置系統(tǒng)，均是目前世界上研究進(jìn)展較快的激光慣性約束裝置。中心點(diǎn)火是慣性約束核聚變的點(diǎn)火方式，因此世界各國越來越注重于發(fā)展用于中心點(diǎn)火的納秒級別高能激光系統(tǒng)的研究[2]。美國國家點(diǎn)火裝置(NIF)是目前世界上最大和最復(fù)雜的強(qiáng)激光光學(xué)系統(tǒng)，用于在實驗室條件下實現(xiàn)人類歷史上的第一次聚變點(diǎn)火。NIF 可以把數(shù)百萬焦耳的能量通過激光束會聚到一個點(diǎn)上從而產(chǎn)生巨大的溫度與壓力。采用這一裝置，人們可以進(jìn)行許多對溫度要求較高的實驗。數(shù)百束激光在 30 英尺的靶室中實現(xiàn)會聚，，其中靶室內(nèi)含有氫同位素靶丸，從而發(fā)生核聚變點(diǎn)火，釋放出核能量。圖 1.1 是 NIF 的總體設(shè)計效果圖[3]。

國際上為了統(tǒng)一激光損傷閾值的測試規(guī)范，制定了國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn) ISO11254。光損傷閾值的定義有兩種類型：一種是不造成損害的最大能量密度和造成損害的最小量密度，將其平均作為激光損傷閾值，稱作 50%幾率損傷。另一種是不對激光樣片造明顯損傷的最大的能量密度，將其作為激光元件的損傷閾值，稱作零幾率損傷閾值[41]。對激光元件進(jìn)行損傷閾值測試時，激光輻照方式主要有四種方式，其中包括 1-on-1、-on-1、R-on-1、N-on-1。1-on-1 方法指的是元件上的每個測試點(diǎn)激光只輻照一次。S-on-1 方法指的是用激光脈沖對元件的同一測試點(diǎn)進(jìn)行 s 次的輻照，每次輻照相同光的脈沖。R-on-1方法指的是用激光脈沖對元件同一測試點(diǎn)緩慢地增加每個激光脈沖能量輻照 次。N-on-1 方法是 R-on-1 方式中最特殊的一種，指的是在相同的間隔內(nèi)對元件的同一測點(diǎn)用遞增的激光脈沖能量輻照 n 次。這種方式下的能量間隔較 R-on-1 方式的能量間隔得多，因此輻照次數(shù)就小的多，輻照效率得到了提高。四種作用模式如圖 1.3 所示
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN249

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本文編號：2669131