隨著激光技術(shù)的發(fā)展,光纖連續(xù)激光、脈沖串激光、高重頻準(zhǔn)連續(xù)激光等高功率激光在加工行業(yè)越來(lái)越重要,其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越寬,然而是否能夠準(zhǔn)確地測(cè)量出靶材的激光損傷閾值始終是激光與物質(zhì)相互作用領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容之一。因此本文開(kāi)展了基于散射光的激光損傷閾值在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究,具體如下:理論方面,基于控制傳熱學(xué)、幾何光學(xué)的理論,利用COMSOL軟件建立二維和三維數(shù)值計(jì)算模型,以鋁靶材為例,計(jì)算分析了激光誘導(dǎo)靶材表面引起形變與激光損傷閾值的關(guān)系,得出了中心溫升曲線,并分析了激光輻照不同時(shí)刻靶材表面二維溫度場(chǎng)分布情況和損傷形貌變化關(guān)系,靶材表面微小形貌變化引起照明光反射、散射光激光隨作用時(shí)間的演化過(guò)程。計(jì)算得出當(dāng)激光作用30μs、300μs和1ms時(shí),在45°探測(cè)情況下,照明光的散射光二維追跡結(jié)果與靶材三維燒蝕孔形貌的關(guān)系,結(jié)果表明,當(dāng)照明光經(jīng)燒蝕孔散射,散射光的光線分布出現(xiàn)明顯改變。最后得出燒蝕孔深度分別在0.1mm-1mm時(shí),光分布逐漸發(fā)散,并在1mm時(shí)減弱至最小。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,針對(duì)反射光斑的檢測(cè)要求進(jìn)行激光損傷閾值在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)靜態(tài)測(cè)試分析。包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)（光學(xué)與電學(xué)設(shè)計(jì)）與軟... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

基于He-Ne光散信號(hào)判斷激光損傷閾值測(cè)試法2009年，張喜和、徐立君等學(xué)者以激光誘導(dǎo)光學(xué)元件損傷的判別方法作為研究基

第1章緒論3的表征研究，首先對(duì)散射信號(hào)與激光損傷之間的關(guān)系進(jìn)行了介紹，然后開(kāi)展了以相襯顯微鏡觀測(cè)法和等離子體閃光法作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)得具體實(shí)驗(yàn)研究，如圖1.1所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，散射信號(hào)的變化情況與薄膜的激光損傷尺度和形貌有關(guān)，本次實(shí)驗(yàn)中能探測(cè)到的最小損傷尺度在20微米左右，其對(duì)激光損傷閾值的反應(yīng)較為準(zhǔn)確，且與顯微鏡觀察到的結(jié)果基本符合[19]。圖1.1基于He-Ne光散信號(hào)判斷激光損傷閾值測(cè)試法2009年，張喜和、徐立君等學(xué)者以激光誘導(dǎo)光學(xué)元件損傷的判別方法作為研究基礎(chǔ)，進(jìn)一步探索了強(qiáng)激光輻照硅光電探測(cè)器的損傷判別方法。在研究中，對(duì)硅光電探測(cè)器響應(yīng)度的變化程度與激光損傷程度之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，進(jìn)而提出可通過(guò)測(cè)定響應(yīng)度的變化來(lái)判定激光損傷程度，該觀點(diǎn)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)為可行[20]。2009年，周明則對(duì)不同波長(zhǎng)的激光輻照對(duì)增透膜的損傷閾值進(jìn)行了探究，如圖1.2所示。實(shí)驗(yàn)中采用波長(zhǎng)為532納米和1064納米的激光對(duì)增透膜進(jìn)行輻照，包括單獨(dú)作用和共同作用兩種模式，并對(duì)損傷情況進(jìn)行了對(duì)比研究[21]。圖1.2不同波長(zhǎng)激光共同作用損傷閾值測(cè)試系統(tǒng)2010年蘇俊宏等就采用光散射法判定激光損傷進(jìn)行了具體的實(shí)驗(yàn)研究。在保持其他的實(shí)驗(yàn)要素不變的情況下，分別調(diào)整了激光脈沖能量、測(cè)量入射角度和樣片與探測(cè)

第1章緒論4器距離，探索不同條件下?lián)p傷點(diǎn)散射光能量的角分布情況。發(fā)現(xiàn)為提升光散射法測(cè)量光學(xué)元件激光損傷的精度，應(yīng)把探測(cè)器置于反射光方向的兩側(cè)，且增大測(cè)試光的入射角度，同時(shí)減小探測(cè)器距離[22]。2011年，周剛等按照激光損傷閾值測(cè)試方法的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建立了一套激光損傷閾值測(cè)試平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)中采用波長(zhǎng)為1064nm的激光，分別采取1-on-1，S-on-1，R-on-1和光柵掃描四種方法對(duì)同一膜系的高反膜進(jìn)行激光閾值測(cè)試實(shí)驗(yàn)。對(duì)四種實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)盡管測(cè)試方法不同，但激光損傷的測(cè)試都與光斑的大孝光斑掃描間距及激光預(yù)處理情況具有直接關(guān)聯(lián)[23]。2011年，胡建平等研究人員率先嘗試以光斑空間的能量分布來(lái)確定激光損傷閾值的方法。在實(shí)驗(yàn)中，首先把激光通過(guò)二進(jìn)制光柵進(jìn)行分束處置，然后比較各分束激光的能量密度和損傷情況，來(lái)推測(cè)樣品的激光損傷閾值[24]，下圖1.3為實(shí)驗(yàn)示意圖。其研究成果為光學(xué)元件激光損傷的判定探索了新的方向，推進(jìn)了該領(lǐng)域研究的深入。圖1.3基于二進(jìn)制光柵單脈沖激光損傷閾值測(cè)試裝置2012年，鄧文淵、金春水在研究中所應(yīng)用激光損傷判定方法為He-Ne散射法，主要探索了該方法在ArF激光損傷在線判別方面的作用，以等離子閃光法和相襯顯微鏡觀察法作為對(duì)比，發(fā)現(xiàn)He-Ne散射法的準(zhǔn)確度高，操作簡(jiǎn)版，實(shí)時(shí)在線的優(yōu)勢(shì)[25]。2014年，浙江大學(xué)陳子力等研究人員以等傾干涉原理作為基礎(chǔ)，構(gòu)建了光學(xué)材料激光損傷閾值實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)熔融石英、CaF2和白寶石進(jìn)行了激光損傷實(shí)驗(yàn)，如圖1.4所示，獲得了納秒激光輻照下上述三種光學(xué)材料的損傷閾值[26]。


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