發(fā)布時間：2021-02-22 10:13

　　現(xiàn)代激光技術的快速發(fā)展,對光學元件的性能提出了越來越高的要求。尤其是在高功率、高能激光系統(tǒng)中,直徑大于100毫米的大尺寸光學元件被廣泛應用,對光學元件質量要求更是苛刻。但光學元件的激光破壞閾值往往成為制約系統(tǒng)運行的不可忽視的重要因素。其中導致激光損傷的一個關鍵因素就是激光元件表面/亞表面的強吸收缺陷,這些缺陷通常具有微米尺寸。因此如何準確地對大口徑光學元件中的這些缺陷進行檢測,成為了研究光學元件本身以及整個光學系統(tǒng)性能的重要內(nèi)容。光熱技術作為一種無接觸、測量靈敏度高的檢測吸收方法,為吸收型缺陷的檢測提供了新的思路,熱透鏡技術的提出更是推動了吸收型缺陷檢測工作的發(fā)展。但是以往對激光光學元件吸收缺陷的檢測大多是基于熱透鏡理論,再結合單點掃描的方法。這種單點掃描方法對于小尺寸激光元件適用,但對于大口徑激光元件而言費時且不省力,所以不適用大口徑光學元件缺陷的檢測。因此本文針對高能系統(tǒng)中的大口徑光學元件的吸收型缺陷,結合熱透鏡檢測理論和CCD成像技術,最終提出了一種基于面陣CCD的脈沖泵浦光與探測光結合的熱透鏡檢測吸收型缺陷的方法。文章主要從理論的角度出發(fā)對吸收型缺陷進行了研究,具體的研究內(nèi)容如... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

物質的光熱效應結構示意圖

第一章緒論3對樣品的尺寸無限制，在實際檢測的過程中實驗裝置也很簡單。只需要照射光，省去檢測光，使用調(diào)節(jié)都比較方便，具有信號振幅和信號相位兩個可測的因子，利用快速響應的紅外探測器，就可以對信號進行檢測。適合于真空、高溫高壓等特殊環(huán)境，在表面科學[21]、光熱光譜分析[22]、缺陷檢測[23]等方面也有很大的應用。該方法的基本原理是：采用一束經(jīng)調(diào)制之后的光照射被測的樣品，當樣品表面或者亞表面中含有強吸收的缺陷時，缺陷會吸收大量的光能量，引起局部性和周期性的溫度漲落和紅外輻射變化。在熱傳遞的過程中正是由于缺陷的存在，PTR信號的振幅或者相位會出現(xiàn)明顯的改變，在實際應用中根據(jù)不同的被測對象選擇PTR信號的振幅或相位其中一個作為主要的參量，另外一個作為輔助參量進行分析，對比分析得到缺陷的信息[24]。李佩贊等人于1995年利用該技術成功地對材料內(nèi)部的缺陷進行了無損檢測[25]。嚴來軍等人成功利用透射式的PTR測量技術對薄層材料的缺陷進行了檢測[26]。王心覺、劉恒標、胡文祥等人利用光熱輻射技術檢測了材料的亞表面缺陷[27]，檢測裝置如圖1-2所示。理論計算了含缺陷的雙層材料在強度調(diào)制激光束激勵下產(chǎn)生的表面溫度的幅值和相位，并進行了相應的實驗。最后成功檢測了深度小于或者等于面層材料熱擴散長度，截面積約等于或者大于光斑面積的樣品缺陷。圖1-2光熱輻射檢測裝置原理圖1.2.2激光量熱技術激光量熱法[28]是根據(jù)國標標準ISO11551的要求提出的一種測量光學元件的微弱吸收的方法。基本原理就是測量光學元件的吸收損耗。讓一束激光照射到含缺陷樣品上，樣品因缺陷吸收熱量而溫度升高，光學元件內(nèi)的溫升大小直接反映著缺陷對輻照

Bernal和Rosenstock對光學元件在激光輻照下的溫度模型進行了改進[31]。Willamowski等人提出一種比較完善的激光量熱法測量光學元件吸收損耗的理論[32]，討論了溫漂、雜散光對測量結果的影響，并給出了消除這些因素的方法。王艷茹等人基于激光量熱法，建立了一種光學元件吸收的精確溫度模型。分析了樣品的熱導率、幾何尺寸等因素對結果的影響，并給出了確定最佳溫度探測距離的方法[33]。李斌成等人使用按照國標標準ISO1155設計了一種激光量熱計[34]，結構示意圖如1-3所示，測得了厚度為1mm石英樣品的吸收為3.4ppm。圖1-3根據(jù)國標標準ISO1155設計的激光量熱計結構圖張曉榮等人利用激光量熱法提出了一種測量大口徑光學元件吸收損耗的方法，分別利用理論與有限元仿真分析了溫度分布模型的正確性，討論了吸收損耗的測量靈敏度和探測位置對測量結果的影響[35]。但該方法只適用于熱導率較小的大口徑（石英、K9玻璃等）元件，溫度傳感器間距對檢測結果的影響也較大。張興鑫采用了激光量熱法對光學元件表面缺陷吸收進行了檢測[36]。分別測量了缺陷處和缺陷周圍一點（可能存在小缺陷）的吸收，測量吸收值分別是

【參考文獻】：
期刊論文
[1]金屬材料亞表面的光熱輻射檢測[J]. 王心覺,劉恒彪,胡文祥.  激光與光電子學進展. 2017(10)
[2]KDP晶體中雜質缺陷吸收引起的溫度場模型[J]. 張英聰,沈華,朱日宏.  激光與光電子學進展. 2014(02)
[3]中國光聲和光熱技術研究進展回顧[J]. 張淑儀.  應用聲學. 2013(03)
[4]基于圖像鎖相的薄膜吸收多通道檢測技術[J]. 陶春先,趙元安,賀洪波,邵建達.  光學學報. 2009(08)
[5]355nm激光作用下熔石英損傷增長[J]. 尹偉,徐世珍,祖小濤,蔣曉東,袁曉東,呂海兵,王成程,鄭萬國.  強激光與粒子束. 2008(12)
[6]熔石英亞表面劃痕激光誘導損傷閾值實驗研究[J]. 田東斌,祖小濤,袁曉東,徐世珍,郭袁俊,蔣曉東,李緒平,呂海兵,鄭萬國.  強激光與粒子束. 2007(09)
[7]光學薄膜測量時平頂光束激勵的表面熱透鏡理論模型[J]. 陳瀟瀟,李斌成,楊亞培.  物理學報. 2006(09)
[8]激光量熱法測量光學薄膜微弱吸收[J]. 李斌成,熊勝明,Holger Blaschke,Detlev Ristau.  中國激光. 2006(06)
[9]表面熱透鏡薄膜吸收測量靈敏度提高方法[J]. 范樹海,賀洪波,邵建達,范正修,趙元安.  物理學報. 2006(02)
[10]原子力顯微鏡的基本原理及其方法學研究[J]. 朱杰,孫潤廣.  生命科學儀器. 2005(01)

博士論文
[1]光學元件吸收損耗的高靈敏度檢測技術研究[D]. 張曉榮.中國科學院研究生院（光電技術研究所） 2015
[2]薄層材料熱性能和缺陷的激光誘導紅外輻射檢測技術研究[D]. 嚴來軍.電子科技大學 2015

碩士論文
[1]基于損耗特性的光學元件表面質量表征研究[D]. 張興鑫.中國科學院研究生院(光電技術研究所) 2016



本文編號：3045835