亞表面缺陷誘導(dǎo)損傷的機(jī)理與實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究.pdf

1、隨著大型固體激光系統(tǒng)能量密度逐漸提高，光學(xué)元件抗損傷能力低已經(jīng)成為阻礙增大輸出能量的重要原因，而亞表面缺陷是誘導(dǎo)激光損傷的重要原因之一。針對(duì)該項(xiàng)研究，主要有三方面的問(wèn)題需要解決。首先，亞表面缺陷的樣貌、誘導(dǎo)損傷的機(jī)理及相關(guān)參數(shù)，是更加深入的問(wèn)題，必須進(jìn)行定量的研究。其次，從生產(chǎn)工藝上說(shuō)，如果能夠找到新的工藝減少亞表面缺陷，勢(shì)必提高光學(xué)元件的抗損傷能力。最后，從最終目標(biāo)，即提高元件激光損傷閾值來(lái)說(shuō)，采用新工藝是否能夠去除亞表面層的裂紋與雜

2、質(zhì)等缺陷以提高光學(xué)元件的損傷閾值，使這些工藝能夠廣泛應(yīng)用于神光Ⅲ大口徑光學(xué)元件的生產(chǎn)，必須得到確實(shí)的驗(yàn)證，故必須測(cè)試具體的損傷樣貌。 在碩士研究生期間，基于以上三個(gè)問(wèn)題，我們就熔石英亞表面缺陷誘導(dǎo)損傷的機(jī)理從理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上進(jìn)行了探討，課題期間進(jìn)行的工作及主要獲得的成果包括：一、在國(guó)際針對(duì)亞表面缺陷已經(jīng)獲得的成果基礎(chǔ)上，開(kāi)展了理論模擬技術(shù)研究。參考了LLNL采用時(shí)域有限差分(FDTD)法對(duì)雜質(zhì)的計(jì)算流程，設(shè)計(jì)了熔石英內(nèi)劃痕與再沉

3、積層雜質(zhì)的缺陷模型，使用FDTD計(jì)算方法討論了缺陷對(duì)激光電磁場(chǎng)的調(diào)制作用，從理論上研究缺陷參數(shù)對(duì)誘導(dǎo)損傷的作用。計(jì)算結(jié)果表明，二倍波長(zhǎng)尺寸的劃痕、一倍波長(zhǎng)的雜質(zhì)對(duì)損傷貢獻(xiàn)最大，而雜質(zhì)的作用明顯強(qiáng)于劃痕。 二、開(kāi)展了亞表面缺陷形態(tài)探測(cè)技術(shù)的研究。使用顯微鏡與輪廓儀等儀器檢測(cè)亞表面劃痕型缺陷的樣貌，包括表現(xiàn)形式、稠密分布，結(jié)果表明，劃痕主要可分為連續(xù)型與間斷型兩種，它們的稠密分布相差較大。另外重點(diǎn)基于理論計(jì)算的結(jié)果，探討拋光產(chǎn)生的缺

4、陷的主要參數(shù)，以表明這些缺陷是否對(duì)誘導(dǎo)損傷有貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，這些劃痕由于尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)或太淺，對(duì)損傷過(guò)程無(wú)明顯作用。 三、實(shí)驗(yàn)討論了酸蝕法是否能夠減少拋光產(chǎn)生的亞表面缺陷，從淺度刻蝕與極深度刻蝕的方面給出了顯微鏡檢測(cè)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)小劃痕易被淺度酸蝕去除，長(zhǎng)度較大、較深的劃痕即使刻蝕極深也難以去除，但有鈍化效應(yīng)。另外驗(yàn)證了酸蝕不會(huì)對(duì)光學(xué)元件表面面形造成明顯影響，證明該工藝的可行性。 四、開(kāi)展了磁流體加工工藝的研究，證實(shí)