光學元件低亞表面缺陷及高激光損傷性能的研究.pdf

1、熔石英玻璃由于其光學性能良好、熱學性能穩(wěn)定，已成為高功率激光聚變裝置中應用最廣泛的一種光學元件。但在紫外激光(351/355nm)的輻照下，熔石英表面很容易產生激光損傷點，且在后續(xù)激光的連續(xù)輻照下，損傷點尺寸可能呈現指數型增長，對元件造成災難性的破壞。激光損傷已成為限制激光系統(tǒng)輸出能量水平的“瓶頸”，因此，抑制元件激光損傷的產生和增長，是提升整個激光系統(tǒng)的性能和壽命的關鍵。
　　誘發(fā)元件表面激光損傷的因素眾多，包括元件制造過程中引

2、入的表面/亞表面裂紋，表面吸收性雜質及加工過程殘留的機械應力等。如何有效地提升元件激光損傷閾值(Laser-induced damage threshold, LIDT)已成為光學領域必須解決的關鍵問題。本文基于光學元件加工缺陷的形成機制和激光損傷的誘導機理，探討了劃痕等缺陷對元件激光損傷性能的影響，并采用優(yōu)化的刻蝕和清洗工藝提升光潔熔石英元件的抗激光損傷能力，本論文的主要研究工作包括以下幾個部分:
　　1，基于化學刻蝕過程中亞表

3、面裂紋的演變模型，提出了磨削亞表面缺陷深度的評價方法—化學刻蝕斑點法，并探究了元件亞表面損傷深度的變化規(guī)律，指導磨削工藝的優(yōu)化。
　　2.結合理論、仿真和實驗對元件表面劃痕誘導材料激光損傷進行分析。使用時域有限差分算法(Finite difference time domain, FDTD)模擬劃痕對入射激光電場的調制，討論了劃痕的形狀及尺寸對激光光場的增強作用。同時，從實驗角度分析了劃痕的類型和密度，尤其是脆性劃痕對元件激光損傷

4、性能的影響。
　　3.使用傳統(tǒng)刻蝕技術處理光潔熔石英樣品，分析刻蝕溶液對熔石英玻璃的溶解速率，并對刻蝕后元件的表面粗糙度、雜質含量及機械性能等表面特性進行表征，基于R∶1和1∶1的損傷測試結果，獲得元件激光損傷閾值的變化規(guī)律。
　　4.在傳統(tǒng)刻蝕技術的基礎上，引入聲學能量刻蝕技術處理熔石英元件。結合正交試驗設計與方差分析的結果，探討了刻蝕液濃度、組成、刻蝕深度及聲學能量大小對元件損傷性能的影響權重和影響趨勢，選擇最佳的刻蝕條