亞表面缺陷誘導(dǎo)損傷的機(jī)理與實驗技術(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。針對該項研究，主要有三方面的問題需要解決。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)，是更加深入的問題，必須進(jìn)行定量的研究。其次，從生產(chǎn)工藝上說，如果能夠找到新的工藝減少亞表面缺陷，勢必提高光學(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說，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)，必須得到確實的驗證，故必須測試具體的損傷樣貌。 在碩士研究生期間，基于以上三個問題，我們就熔石英亞表面缺陷誘導(dǎo)損傷的機(jī)理從理論和實驗驗證上進(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、在國際針對亞表面缺陷已經(jīng)獲得的成果基礎(chǔ)上，開展了理論模擬技術(shù)研究。參考了LLNL采用時域有限差分(FDTD)法對雜質(zhì)的計算流程，設(shè)計了熔石英內(nèi)劃痕與再沉

3、積層雜質(zhì)的缺陷模型，使用FDTD計算方法討論了缺陷對激光電磁場的調(diào)制作用，從理論上研究缺陷參數(shù)對誘導(dǎo)損傷的作用。計算結(jié)果表明，二倍波長尺寸的劃痕、一倍波長的雜質(zhì)對損傷貢獻(xiàn)最大，而雜質(zhì)的作用明顯強(qiáng)于劃痕。 二、開展了亞表面缺陷形態(tài)探測技術(shù)的研究。使用顯微鏡與輪廓儀等儀器檢測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。另外重點基于理論計算的結(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)大于波長或太淺，對損傷過程無明顯作用。 三、實驗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結(jié)果，實驗表明，細(xì)小劃痕易被淺度酸蝕去除，長度較大、較深的劃痕即使刻蝕極深也難以去除，但有鈍化效應(yīng)。另外驗證了酸蝕不會對光學(xué)元件表面面形造成明顯影響，證明該工藝的可行性。 四、開展了磁流體加工工藝的研究，證實