激光輻照短波通截止膜的溫升規(guī)律和損傷效應(yīng)研究.pdf

1、結(jié)合課題研究需要，論文以典型光電裝置中的光學(xué)系統(tǒng)的拼接棱鏡入射面，即短波通截止膜面，作為研究對象，開展了不同波長、不同工作方式激光輻照短波通截止膜引起的溫升規(guī)律和破壞效應(yīng)的研究。利用ANSYS程序的熱分析模塊，計算了激光輻照短波通截止膜的溫度場。采用紅外熱像儀測量溫度數(shù)據(jù)，校正數(shù)值模擬計算結(jié)果，通過確定綜合常數(shù)K，給出了激光輻照薄膜的溫升規(guī)律，以及激光對薄膜的破壞效應(yīng)，分析了由溫度引起的熱應(yīng)力。主要研究結(jié)果如下： 1.短波通截止

2、膜的破壞特點結(jié)合激光對短波通截止膜溫度場的計算，敘述了激光輻照多層薄膜元件產(chǎn)生的溫度場理論。由多層薄膜的駐波場理論，得到溫度與駐波場幅度成正比，薄膜首先從溫度高的位置產(chǎn)生破壞。由于薄膜內(nèi)駐波場幅度不一定在外層薄膜處最大，激光對多層薄膜的破壞并不一定發(fā)生在薄膜表面。因此，多層薄膜的駐波場結(jié)構(gòu)對薄膜的破壞效應(yīng)產(chǎn)生重要影響。 2.薄膜破壞時間和失效溫度的確定通過開展激光輻照短波通截止膜的失效閾值和破壞效應(yīng)實驗研究，發(fā)現(xiàn)在實驗中確定薄膜

3、破壞的有效方法是：(1)通過監(jiān)測薄膜反射、散射信號幅度的突變，來確定激光輻照過程中薄膜的破壞時間； (2)通過分析紅外熱像儀測量激光輻照薄膜產(chǎn)生溫度的反常變化，如不同時間截面溫度分布出現(xiàn)突然下降，來確定激光破壞薄膜所需要的激光強(qiáng)度、輻照時間和失效溫度。 3.激光輻照薄膜元件的溫升以短波通截止膜作為數(shù)值模擬的對象，根據(jù)多層薄膜的特點，建立了連續(xù)激光輻照多層薄膜元件溫度場的物理模型。 利用ANSYS程序的熱分析模塊，

4、采用薄膜內(nèi)網(wǎng)格劃分小，K。玻璃基體材料內(nèi)網(wǎng)格劃分大的網(wǎng)格過渡劃分方法，在保證計算精度的條件下，減少了計算時間。在假設(shè)材料物理參數(shù)不變的條件下，縮小模型，建立了適合連續(xù)激光輻照多層薄膜溫度場的計算模型。 用紅外熱像儀測量連續(xù)激光輻照薄膜元件溫度的實驗數(shù)據(jù)，校正數(shù)值模擬計算結(jié)果，確定1.06μm連續(xù)激光輻照有全反射鋁膜面短波通截止膜和無全反射鋁膜面短波通截止膜產(chǎn)熱率方程的綜合常數(shù)分別為K=1.2、K=1.23，1.315μm連續(xù)激光

5、輻照有全反射鋁膜面短波通截止膜產(chǎn)熱率方程的綜合常數(shù)K=0.8，由此得到不同波長連續(xù)激光輻照不同薄膜元件溫升的變化規(guī)律。 4.脈沖激光輻照薄膜元件的溫升和熱應(yīng)力利用1.06μm連續(xù)激光輻照有全反射鋁膜面短波通截止膜溫度場數(shù)值模擬得到的綜合常數(shù)K=1.2，計算了脈沖激光輻照有全反射鋁膜面短波通截止膜內(nèi)產(chǎn)生的溫度效應(yīng)。計算結(jié)果表明：在脈沖激光作用下，薄膜內(nèi)駐波場最大位置不在薄膜表面，而是從K。玻璃基體表面開始的第42層薄膜處。該膜層處

6、對應(yīng)溫度場最高，激光對薄膜的破壞首先從該膜層開始。 根據(jù)脈沖激光輻照有全反射鋁膜面短波通截止膜內(nèi)產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)，計算了薄膜內(nèi)由溫升引起的熱應(yīng)力分布。計算結(jié)果表明：脈沖激光作用時間短，熱擴(kuò)散小，薄膜在光斑輻照范圍內(nèi)熱效應(yīng)明顯，而在光斑輻照區(qū)域外熱效應(yīng)的影響很小；在光斑區(qū)域內(nèi)，溫升引起的熱應(yīng)力在薄膜厚度方向、徑向和環(huán)向具有壓應(yīng)力的特征，但在光斑區(qū)域外鄰近的地方壓應(yīng)力轉(zhuǎn)換為拉應(yīng)力。 綜上所述，在開展激光輻照短波通截止膜溫升規(guī)律