發(fā)布時間：2022-10-09 21:23

　　作為高功率激光系統(tǒng)終端的熔石英光學元件的輻照損傷已成為制約慣性約束聚變裝置負載能力提升的瓶頸之一,是國內外激光損傷研究的熱點問題。深入理解熔石英光學元件的損傷機理,研究影響損傷閾值的因素對工程上指導熔石英光學元件的修復有著重要意義。各種表面改性或后處理工藝可以通過消除或緩解損傷前驅體來提高熔石英的抗激光損傷性能,例如基于HF緩沖液的化學刻蝕、反應離子束刻蝕和CO2激光處理等方法。本文致力于研究紫外激光輻照熔石英可視損傷的診斷,并詳細地研究了損傷的過程和影響損傷閾值的缺陷的光譜表征。本論文主要應用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、光熱光譜及拉曼光譜等方法,對熔石英光學元件輻照損傷前后的形貌、光譜特性進行了表征,并且對激光誘導損傷過程及缺陷的分布進行了若干研究,得到了以下結果:（1）用光熱光譜技術研究高頻紫外激光輻照熔石英的光熱吸收特性,結果顯示光熱吸收信號發(fā)生了一個從無到有的過程,達到最強又降低,而在光熱信號逐漸下降的時顯微成像顯示樣品出現(xiàn)了可視損傷,說明元件在出現(xiàn)可視損傷前是有征兆的,其光熱信號強度增強到一個臨界點之后才會出現(xiàn)可視損傷,因此我們提出了用顯微成像和光熱光譜相結合對元... 

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 研究背景和文獻綜述
    2.1 背景介紹
    2.2 慣性約束核聚變的發(fā)展
    2.3 光學元件的激光損傷
    2.4 熔石英材料的結構與性質
    2.5 熔石英玻璃的激光損傷機制
        2.5.1 亞表面微裂紋和劃痕等機械性缺陷誘導激光損傷機制
        2.5.2 雜質污染物誘導熱破壞機制
    2.6 熔石英玻璃的修復研究進展
    2.7 光學元件損傷的定義及診斷的重要性
3 研究目的、意義及主要內容
    3.1 研究目的和意義
    3.2 背景立項與課題來源
    3.3 研究內容設置
4 樣品制備與研究方法
    4.1 熔石英樣品與制備
    4.2 紫外激光輻照損傷實驗及閾值測試
        4.2.1 低頻激光輻照損傷實驗與閾值測量
        4.2.2 高重頻激光輻照損傷實驗閾值測量
    4.3 表征方法
        4.3.1 顯微成像
        4.3.2 光熱光譜
        4.3.3 拉曼光譜
        4.3.4 X射線衍射
5 紫外激光輻照熔石英預損傷到可視損傷階段的預判
    5.1 研究意義
    5.2 實驗參數(shù)
    5.3 結果和討論
        5.3.1 損傷閾值和損傷坑的尺寸與形貌
        5.3.2 未損傷時熔石英樣品的光熱光譜和光學顯微鏡圖
        5.3.3 預損傷前后光熱光譜的變化
        5.3.4 可視損傷前后光熱光譜的變化
        5.3.5 光熱吸收信號的峰值隨時間的變化
    5.4 本章小結
6 紫外激光輻照熔石英元件失效的預判
    6.1 研究意義
    6.2 實驗參數(shù)
    6.3 結果和討論
        6.3.1 激光通量的影響
        6.3.2 發(fā)次的影響
        6.3.3 激光重復頻率的影響
        6.3.4 不同區(qū)域光熱吸收信號的穩(wěn)定性
        6.3.5 光熱吸收信號峰值強度隨激光參數(shù)的變化
        6.3.6 顯微成像與光熱光譜方法的比較
        6.3.7 激光損傷面積可視比的定義與隨激光參數(shù)的變化規(guī)律
        6.3.8 材料的擊穿
    6.4 本章小結
7 激光誘導熔石英損傷區(qū)域的光譜表征
    7.1 研究意義
    7.2 實驗參數(shù)
    7.3 紫外激光誘導熔石英損傷區(qū)域的拉曼光譜表征
        7.3.1 單發(fā)高能激光輻照損傷的拉曼譜
        7.3.2 多發(fā)低通量激光輻照損傷區(qū)域的拉曼譜
        7.3.3 損傷坑區(qū)域內不同位置的拉曼譜
        7.3.4 小結
    7.4 斷裂區(qū)域的光譜分析
        7.4.1 損傷坑斷裂區(qū)的形態(tài)
        7.4.2 損傷坑的斷裂區(qū)域拉曼光譜掃描
        7.4.3 小結
    7.5 熔融區(qū)域的光譜分析
        7.5.1 材料的相變和損傷坑中心熔融區(qū)的形態(tài)
        7.5.2 損傷坑中心熔融區(qū)低溫方石英的形成
        7.5.3 損傷坑的光熱光譜表征
        7.5.4 小結
    7.6 本章小結
8 總結與展望
    8.1 全文總結
    8.2 創(chuàng)新點
    8.3 展望
參考文獻
作者簡歷及在學研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻】：
期刊論文
[1]Time-dependent photothermal characterization on damage of fused silica induced by pulsed 355-nm laser with high repetition rate[J]. 閆春燕,劉寶安,李香草,劉暢,巨新.  Chinese Physics B. 2020(02)
[2]激光核聚變的發(fā)展(邀請論文)[J]. 林尊琪.  中國激光. 2010(09)
[3]激光慣性約束核聚變的新進展[J]. 王淦昌,王乃彥.  大自然探索. 1990(02)



本文編號：3689379