熔石英亚表面微裂纹对其损伤增长行为的影响
损伤增长一直是诸如NIF、SG-III等高功率激光系统中十分关心的问题,因为它决定了光学元件的寿命,进而决定了整个光学系统的运行成本。而亚表面缺陷中的微裂纹缺陷在损伤增长过程中扮演着十分重要的角色。研究熔融石英亚表面微裂纹缺陷对损伤增长的影响,将有助于人们认识损伤增长的内在机理,并在此基础上发展减缓损伤增长、延长光学元件寿命的工艺手段。 本文首先概括了激光损伤的基本理论,包括本征损伤的基本理论和非本征损伤的基本理论,线性吸收机制、电子碰撞电离机制和多光子电离机制,用于描述损伤过程三个阶段(起始阶段、能量吸收阶段和能量耗散阶段)的物理模型。概括了损伤增长的基本理论,包括损伤增长的概念和损伤增长的机理(加热、压力和散射增强)。最后联系玻璃的加工流程,给出了微裂纹形成的原因及分类。 然后建立了亚表面微裂纹的数值模型,利用电磁仿真软件COMSOLMultiphysics模拟了在1553nm和355nm两种波长辐照下,理想玻璃空气分界面、含有三种微裂纹(径向裂纹、锥形裂纹和横向裂纹)的分界面,分别处于前后表面的情况下对入射光场的调制增强效果,并给出了初步分析,确定了数值模拟的重点和方法。在此基础上,通过改变微裂纹的参数(深度、开口宽度和倾斜角度),系统地模拟了这些微裂纹的参数对光场调制增强作用的影响,并给出了深入的分析,指出了危害较大的几种微裂纹情况。 最后,本文分别从微裂纹对损伤初始点形成的贡献、对损伤增长因子贡献的角度,结合损伤增长机制,分析概括了微裂纹在损伤增长过程中三方面的作用,也即微裂纹对其它两种亚表面缺陷损伤增长有辅助作用、自身具有光学调制增强效应、自身具有力学上的材料弱化效应。改变微裂纹的宽度和深度,理想化近似了裂纹的扩展过程,据此分析了裂纹扩展对光场调制作用的影响。结合日常生活中的PET易撕膜,分析了微裂纹扩展的力学效应。进一步介绍了一些通过消除亚表面微裂纹来减缓损伤增长的工艺手段。
激光损伤;熔融石英;亚表面微裂纹;电磁仿真
哈尔滨工业大学
硕士
物理电子学
吕志伟
2013
中文
TN249
96
2014-03-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）