基于小波和分形的KDP晶體形貌分析及對透光性能影響的研究.pdf

1、KDP晶體元件是慣性約束核聚變（ICF）中的關(guān)鍵性部件，其光學(xué)性能的優(yōu)良與否是制約慣性約束核聚變項目發(fā)展的關(guān)鍵性問題。慣性約束聚變中固體激光驅(qū)動器對 KDP晶體光學(xué)零件表面形貌的基本要求是：高精度的面形質(zhì)量（透射波前λ/6 PV）、高激光損傷閾值（15J/cm2）、良好的表面粗糙度 rms（≤5nm）。目前，表面形貌特征對 KDP晶體光學(xué)性能的影響，還未有系統(tǒng)性的研究。全面的表征和分析 KDP晶體元件的表面形貌特征，是研究表面形貌對光學(xué)

2、性能影響的前提。研究各種表面形貌特征對其光學(xué)性能的影響，對優(yōu)化KDP晶體的加工工藝、提高 KDP晶體元件的光學(xué)性能，有重要的借鑒意義?；谝陨显?，本文針對 KDP晶體表面形貌特征的分析與表征及其與加工工藝和光學(xué)性能的關(guān)系展開研究。
　　為能夠比較全面的分析和表征 KDP晶體的已加工表面形貌特征，本文選擇分形方法、小波方法和功率譜密度方法對 KDP晶體已加工表面形貌進(jìn)行分析。分形方法區(qū)別于傳統(tǒng)粗糙度表征方法的主要特征是不依賴于測量

3、尺度，即表面的分形維數(shù)值不隨測量尺度的變化而變化，而且能夠充分利用測量數(shù)據(jù)，可以用于反映表面形貌的本質(zhì)屬性。功率譜密度方法可以全面的反映測量區(qū)間中的所有小尺度波紋特征對表面形貌的影響，并且與小波方法相結(jié)合可以提取和分析表面形貌中任意小尺度波紋特征的三維空間分布狀態(tài)。
　　文中使用傅立葉模方法分析了表面小尺度波紋特征對近場光電場強(qiáng)度的影響規(guī)律；通過計算表面形貌對入射光束的偏移量，理論分析了表面分形維數(shù)與晶體元件二倍頻效率和近場光場強(qiáng)

4、度的關(guān)系。為充分分析表面形貌特征，文中使用二維小波方法實現(xiàn)對 KDP晶體三維已加工表面形貌的多尺度分解；使用一維及二維功率譜密度方法，分析 KDP晶體已加工表面上的頻率狀態(tài)分布；使用功率譜密度方法與二維小波變換相結(jié)合提取出表面上特定空間頻率特別是小尺度波紋的三維表面形貌，并且通過對功率譜密度的計算，可以得到特定空間頻率的三維形貌對原始表面形貌的影響程度，從而能夠分析影響表面形貌或光學(xué)性能的各種頻率因素。同時使用分形方法分析了 KDP晶體

5、表面形貌的分形維數(shù)特征和各向異性特征；分形維數(shù)特征的分析包括分形維數(shù)值的計算及其與表面粗糙度的關(guān)系，表面各向異性特征通過計算表面形貌各個方向輪廓的一維分形維數(shù)分布狀態(tài)來進(jìn)行分析。
　　通過對 KDP晶體進(jìn)行切削實驗，得到與不同加工參數(shù)相關(guān)的已加工表面形貌。對切削試驗所得到的表面進(jìn)行分形、小波和功率譜密度分析，可以得到進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速和背吃刀量等加工工藝參數(shù)對表面分形特征及頻率特征的影響規(guī)律。各種不同工藝參數(shù)對表面形貌的影響為：進(jìn)給

6、量對已加工表面形貌的分形維數(shù)和頻率特征影響的規(guī)律性最為明顯；背吃刀量只對表面分形維數(shù)特征影響的規(guī)律比較明顯，而對表面頻率特征無明顯的影響；主軸轉(zhuǎn)速則對表面形貌分形維數(shù)和頻率特征的影響均不明顯。
　　最后，對具有不同形貌特征的 KDP晶體元件進(jìn)行激光透過率的光學(xué)實驗，并通過結(jié)合表面分析方法可以分別得到不同表面形貌的分形特征和頻率特征對 KDP元件光學(xué)性能的影響規(guī)律，其結(jié)果基本與理論分析結(jié)果相一致。通過光學(xué)試驗表明，表面形貌的分形特征