發(fā)布時(shí)間：2020-11-01 16:07

　　 隨著近年來(lái)慣性約束聚變(Inertially Confined Fusion, ICF)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展,提高激光系統(tǒng)光學(xué)元件的抗激光損傷能力,從而使激光系統(tǒng)達(dá)到更高的功率密度是目前實(shí)現(xiàn)可控核聚變急需解決的主要問(wèn)題之一。出于實(shí)現(xiàn)激光系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地輸出高功率激光的需要,研究光學(xué)薄膜的激光破壞機(jī)制以及如何提高激光損傷閾值已經(jīng)顯得尤為重要。采用混合膜法制備的梯度折射率薄膜由于其物理特性沿著膜厚逐漸變化的特點(diǎn),平滑了膜層間材料的躍變,在提高薄膜附著力、減少殘余應(yīng)力等方面有著理想的應(yīng)用前景,近年來(lái)在高功率激光薄膜的前沿研究中也展示出了巨大的應(yīng)用潛能。 本文的主要內(nèi)容是利用離子束濺射雙元拼接靶的路線探索了制備梯度折射率薄膜的方法,并對(duì)其激光損傷特性進(jìn)行了較為細(xì)致的研究。針對(duì)國(guó)外高功率激光薄膜的研究前沿,我們?cè)赗ugate薄膜的初始設(shè)計(jì)上優(yōu)化中心波長(zhǎng)處反射率得到了梯度折射率高反膜；確定了采用雙元拼接靶離子束濺射得到的SiO2/Ta2O5混合材料折射率校正曲線,并在此基礎(chǔ)上利用寬帶光譜厚度監(jiān)控制備了梯度折射率高反薄膜樣品。對(duì)梯度折射率高反薄膜和傳統(tǒng)λ/4規(guī)整高反膜的損傷幾率曲線和損傷形貌進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示：梯度折射率高反膜的零幾率損傷閾值達(dá)到了傳統(tǒng)λ/4規(guī)整高反膜現(xiàn)有的能量密度負(fù)載能力,其損傷類(lèi)型主要是節(jié)瘤缺陷噴濺導(dǎo)致的燒蝕斑,并且抑制了層狀剝落的熱應(yīng)力型損傷,在多脈沖的作用下其損傷發(fā)展也較為穩(wěn)定,顯示出在高功率激光系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。對(duì)混合SiO2/Ta2O5單層膜的研究表明：隨著混合材料中SiO2含量的增加,損傷的附帶影響區(qū)域減小,混合膜層材料的損傷特性得到了一定程度上的改善,是梯度折射率薄膜損傷改善的原因之一。并指出了梯度式設(shè)計(jì)對(duì)熱物性參數(shù)的平滑作用是抑制膜層脫落的重要因素。 本文的研究表明：利用雙元拼接靶離子束濺射的方法,通過(guò)兩種材料的均勻混合,可以根據(jù)折射率校正曲線獲得特定折射率材料,從而在寬帶光譜厚度監(jiān)控下制備梯度折射率薄膜。梯度折射率的設(shè)計(jì)方式抑制了層狀剝落這種災(zāi)難性損傷的出現(xiàn),在一定程度上改善了元件的損傷特性。本課題的研究為提高激光薄膜損傷性能提供了新的思路,對(duì)于提高激光系統(tǒng)的輸出功率和穩(wěn)定性具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類(lèi)】：TL632
【部分圖文】：

Livermore National Laboratory, LLNL)近期使用全世界最先進(jìn)的激光核聚變裝置 國(guó)家點(diǎn)火設(shè)施（National Ignition Facility，NIF)在全世界范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了聚變釋放出的能量大于輸入到燃料祀丸內(nèi)的能量，給實(shí)現(xiàn)受控核聚變帶來(lái)了希望⑴。目前實(shí)現(xiàn)可控核聚變有兩種途徑：一是基于主流大型托卡馬克裝置（Tokamak)的磁約束核聚變研究路線，另一種技術(shù)路線則是包括以激光驅(qū)動(dòng)為主要研究方向的慣性約束核聚變。美國(guó)NIF采用的即是后一種激光慣性約束核聚變的技術(shù)路線，采用同樣技術(shù)路線的還有法國(guó)的兆焦耳激光裝置（Laser IV^gaJoule，LMJ)等。激光驅(qū)動(dòng)慣性約束核聚變的基本原理是：使用高功率的脈沖激光聚焦到含有氖氣燃料的微型祀丸上，使燃料以極高的速度對(duì)稱(chēng)均勻地壓縮至相當(dāng)高的密度并且達(dá)到熱核燃燒所需要的高溫，核聚變反應(yīng)需要在一定的慣性約束時(shí)間內(nèi)完成，達(dá)到釋放出大量的聚變能量的目的[2]。Nff用于“點(diǎn)火”的高功率激光系統(tǒng)是目前世界范圍內(nèi)能夠提供最高功率和最大能量輸出的激光系統(tǒng)。在激光約束核聚變研究中，對(duì)于應(yīng)用于這樣高功率激光系統(tǒng)中的光學(xué)元件（如光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)薄膜等），必須要求在長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定地工作，且系統(tǒng)的性能不能產(chǎn)生明顯的降低。

處的吸收損耗也越大，也越容易產(chǎn)生損傷。對(duì)于高反膜來(lái)說(shuō)，駐波場(chǎng)能量大部分集中在膜層表面的幾個(gè)膜對(duì)（如圖1.2 (a)所示），高反膜的能量沉積集中在表面幾層。因此，對(duì)于高反膜抗激光損傷性能提高的問(wèn)題，表面層的設(shè)計(jì)尤為重要。對(duì)于傳統(tǒng)用高低兩種折射率材料交替堆疊組成的四分之一波長(zhǎng)的高反射膜，電場(chǎng)峰值通常出現(xiàn)在兩種膜料的強(qiáng)吸收界面處。1989年Ristan提出通過(guò)改變前2個(gè)膜對(duì)中高低折射率膜層的厚度，使得電場(chǎng)峰值偏離強(qiáng)界面處[5】。盡管低折射率材料層中電場(chǎng)強(qiáng)度有所增加，但低折射率材料的吸收系數(shù)較低，因此膜層仍可取得較高的損傷閾值。B?dluk: Angla: 0.0 B*dlu?: JLIK isgl*: 0.0SubnrM*: CLASS V*v*l?n9t.h; ￡SO.O (?) Subtcma: CLASS V?v?lttn0th: SSO.O <M>Islt: CLJLS8 PolaxixKioB： S P — I?i?: CLASS PolulsMicxa; S P t. 0 r f r r Z.Ot 1 y r "i—r "i r 1 l.S l.S 1.0 1.0 - +-\- ：細(xì)細(xì)...I.....n.....11.....rl1:1 棚刪-11.....1114 12 10 8 ? 4 2 8 14 12 10 6 ? 4 X SIS 13 11 9 7 ? 9 1 IS 13 11 9 7 5 3 IBorulis?d tl?e?rlc fiald latwtCT (SquArad) HenMlts?d IXaetrle ri?ld Ineensley (SquArad)(a)駐波場(chǎng)優(yōu)化前高反模內(nèi)電場(chǎng)分布 （b)駐波場(chǎng)優(yōu)化后高反族內(nèi)電場(chǎng)分布圖1.2高反膜駐波場(chǎng)優(yōu)化示意圖1982年，Mansuripur等人在駐波場(chǎng)的基礎(chǔ)上

梯度折射率高反膜的制備及其激光損傷特性研究度場(chǎng)模型度場(chǎng)理論的基本思路是：從薄膜特征矩陣出發(fā)推導(dǎo)出多層膜中電場(chǎng)吸收，各層膜都成為熱源，并根據(jù)熱傳導(dǎo)方程計(jì)算含熱源的膜層內(nèi)溫溫度場(chǎng)基礎(chǔ)上根據(jù)熱一力稱(chēng)合方程，由溫度場(chǎng)計(jì)算膜層中的熱應(yīng)力。特定光學(xué)性能的光學(xué)薄膜，不含缺陷的理想多層膜是由按照一定規(guī)律具有平行界面的各種材料所組成的層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。理想多層膜的結(jié)構(gòu)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 趙強(qiáng),范正修;光學(xué)薄膜界面吸收對(duì)溫度場(chǎng)的影響[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1996年06期

2 趙強(qiáng),范正修,王之江;激光對(duì)光學(xué)薄膜加熱過(guò)程的數(shù)值分析[J];光學(xué)學(xué)報(bào);1999年08期

3 林尊琪;;激光核聚變的發(fā)展(邀請(qǐng)論文)[J];中國(guó)激光;2010年09期

4 龔輝，李成富，王明利;激光對(duì)光學(xué)薄膜損傷的熱沖擊效應(yīng)[J];中國(guó)激光;1996年03期

5 郭少鋒,陸啟生,程湘愛(ài),江厚滿(mǎn),曾學(xué)文;光學(xué)材料的激光損傷形態(tài)研究[J];強(qiáng)激光與粒子束;2002年02期

本文編號(hào)：2865773