大口徑熔石英元件表面激光損傷特性研究.pdf

1、大口徑熔石英元件在強(qiáng)激光下的損傷，尤其是表面的損傷，會(huì)降低元件壽命，是限制慣性約束聚變(Inertial Confinement Fusion，ICF)激光驅(qū)動(dòng)器負(fù)載能力提升的主要因素之一。本文主要針對(duì)大口徑熔石英元件的表面損傷，開(kāi)展了理論和實(shí)驗(yàn)的研究。論文內(nèi)容包括:
　　介紹了ICF激光驅(qū)動(dòng)器中光學(xué)元件的負(fù)載能力問(wèn)題和國(guó)外激光驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載能力提升之路，梳理了激光損傷的機(jī)理和大口徑熔石英光學(xué)元件損傷的原因。
　　建立了熔石英

2、元件表面損傷的幾率模型:基于元件表面拋光再沉積層中雜質(zhì)吸熱破壞的物理模型和雜質(zhì)的半徑分布，得到雜質(zhì)損傷閾值的分布形式。結(jié)合雜質(zhì)在表面的隨機(jī)空間分布，推導(dǎo)出了初始損傷發(fā)生的概率曲線。由這條曲線，可預(yù)測(cè)在不同口徑和通量的激光下測(cè)量時(shí)，元件的損傷閾值和初始損傷密度。
　　開(kāi)展了判斷實(shí)驗(yàn):對(duì)一塊大口徑熔石英元件，在神光-Ⅲ原型裝置的一路上和一臺(tái)小口徑激光器上分別進(jìn)行了在線和離線的損傷實(shí)驗(yàn)。由離線測(cè)量得到的閾值數(shù)據(jù)推測(cè)出的元件損傷閾值與在線

3、實(shí)驗(yàn)中的一致，驗(yàn)證了幾率模型的正確性。
　　結(jié)合激光能量和元件表面損傷點(diǎn)面積的關(guān)系，進(jìn)一步推導(dǎo)了初始損傷面積的解析式。
　　將靜態(tài)的損傷幾率模型擴(kuò)展，推導(dǎo)了多發(fā)激光入射后，元件表面損傷密度、擋光面積的變化與激光通量、輻照面積和發(fā)次的關(guān)系。
　　至此，建立了一套方法，可由離線測(cè)量的損傷數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)元件在線運(yùn)行時(shí)的損傷閾值、損傷密度、損傷面積。由此，可離線評(píng)估元件的抗損傷能力和壽命，為器件運(yùn)行提供理論指導(dǎo)。
　　另外，

4、還初步探討了復(fù)合波長(zhǎng)對(duì)損傷密度的影響。
　　對(duì)非吸熱性雜質(zhì)，用時(shí)域有限差分法模擬了其對(duì)光場(chǎng)的調(diào)制。這種雜質(zhì)散射光場(chǎng)，造成光場(chǎng)強(qiáng)度的增大與雜質(zhì)的半徑和折射率有關(guān)。波長(zhǎng)尺度的氣泡和氧化鋯雜質(zhì)，可使光場(chǎng)強(qiáng)度增大1.6-1.9倍。散射光場(chǎng)經(jīng)過(guò)非線性傳輸，調(diào)制會(huì)進(jìn)一步增大，使光束質(zhì)量下降，還可能使元件后表面或下游光學(xué)元件出現(xiàn)損傷。
　　論文的研究方法和結(jié)果對(duì)我國(guó)ICF高功率固體激光裝置負(fù)載能力的提升和指導(dǎo)器件運(yùn)行有一定的理論意義和工程