光學(xué)材料激光誘導(dǎo)損傷的模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、光學(xué)材料激光誘導(dǎo)損傷問題是限制激光功率水平和光束質(zhì)量提高的一大瓶頸，因此開展激光誘導(dǎo)光學(xué)材料損傷研究，提高光學(xué)材料激光損傷閾值，成為激光技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。本文通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬以及實(shí)驗(yàn)等方式對(duì)光學(xué)材料激光誘導(dǎo)損傷及作用機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　首先，論述了激光與光學(xué)材料相互作用的基本規(guī)律，從激光與光學(xué)材料相互作用的基本過程出發(fā)，分析了材料對(duì)激光的吸收作用，介紹激光損傷的定義，激光作用方式，并從熱力耦合損傷、亞表面缺陷損傷、等離子體損

2、傷和場(chǎng)效應(yīng)損傷四個(gè)方面介紹激光作用下光學(xué)材料的損傷機(jī)理。
　　其次，采用有限元數(shù)值法對(duì)激光輻照下材料的溫度場(chǎng)與熱應(yīng)力場(chǎng)方程進(jìn)行了分析。從柱坐標(biāo)下的熱傳導(dǎo)方程出發(fā)，經(jīng)過有限元離散化以及單元和總體分析，得到了材料的瞬態(tài)溫度場(chǎng)理論計(jì)算有限元方程，然后基于經(jīng)典熱彈性理論和虛功原理，分析得到了瞬態(tài)熱應(yīng)力場(chǎng)理論計(jì)算的有限元方程。
　　再次，利用有限元軟件建立了脈沖激光作用下熔融石英與白寶石的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)模型，并得到相應(yīng)的仿真結(jié)果，重

3、點(diǎn)對(duì)光學(xué)材料表面凹坑、劃痕與雜質(zhì)三種缺陷對(duì)材料激光損傷閾值的影響進(jìn)行了仿真分析，分析結(jié)果表明，材料對(duì)激光能量的本征吸收并不是導(dǎo)致材料損傷的根本原因，而材料中的缺陷均會(huì)影響材料的激光損傷閾值，尤以雜質(zhì)對(duì)激光能量的吸收最為劇烈，對(duì)光學(xué)材料的激光損傷閾值影響最大，并且在一定的激光參數(shù)條件下，材料中的雜質(zhì)存在一個(gè)最有害的尺寸值，使材料最易受到激光損傷，當(dāng)雜質(zhì)尺寸小于或大于此值時(shí)，吸收的激光能量則不足以使其溫度升到破壞值。
　　最后，搭建了

4、基于等傾干涉原理的光學(xué)材料激光損傷閾值檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)材料激光損傷閾值的檢測(cè)，并對(duì)白寶石、熔融石英和氟化鈣三種光學(xué)材料進(jìn)行損傷實(shí)驗(yàn)，得到三種材料在納秒激光輻照下的損傷閾值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)采用“1-on-1”方式輻照時(shí)，三種材料表面的損傷面積均隨著激光能量密度的增大呈線性增長的關(guān)系，而當(dāng)采用“s-on-1”方式輻照時(shí)，材料后表面的損傷面積隨脈沖次數(shù)呈指數(shù)增長關(guān)系。
　　本文的研究結(jié)果不僅有助于加深對(duì)光學(xué)材料