激光损伤阈值测试系统研究

论文摘要

光学薄膜是光学系统中重要的组成部分,随着激光朝着大能量、高功率的方向发展,对光学薄膜的抗激光损伤性能提出了更高的要求。光学薄膜损伤阈值的准确测量是研究高抗激光损伤薄膜材料的先决条件。为此研究者们开展了多种光学薄膜损伤阈值的测试方法,但仍存在测量精度低、可比性差等不足。为了准确、高效地测量光学薄膜的损伤阈值,本文设计搭建了光学薄膜激光损伤阈值测试系统,并实现了测试系统的智能化、自动化控制。理论分析了激光诱导光学薄膜发生损伤的机理以及激光的参数、膜料自身特性、膜层的厚度对激光损伤特性的影响,讨论了激光损伤阈值的测量标准、测试方法和激光损伤的判别方式。针对激光损伤阈值测试系统中的激光光源,设计研究了基横模脉冲固体激光器。充分考虑激光晶体的热透镜效应,研究了激光器谐振腔腔长以及激光晶体在腔内位置对电光调Q脉冲激光器输出激光的光束质量、脉冲宽度以及输出能量的影响。进一步优化设计了平凹谐振腔结构,获得了稳定的1064nm基横模激光输出,单脉冲能量200mJ,脉冲宽度为13ns。设计研究了光学薄膜激光损伤阈值测试系统,为了实现系统中的激光能量连续可调,分别设计研究了偏振片半波片组合与格兰-泰勒棱镜组合的激光能量衰减装置,对比研究了两种组合装置的控制精度。格兰-泰勒棱镜凭借其高消光比、高抗激光性能更适用于大能量、高精密控制要求的激光系统。通过单片机和RS422串口建立了计算机与系统各个模块之间的联系,实现了激光器的脉冲控制以及系统对衰减器、二维平移台和CCD相机的控制。编写了上位机控制程序,实现了控制系统的自动化、智能化。对激光损伤阈值测试系统进行了调试,并对光学薄膜样品的损伤阈值进行了测试,采用1-on-1测试方式,计算零损伤几率下1064nm增透膜的激光损伤阈值为 1.67J/cm2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 光学薄膜激光损伤测试的发展现状
•     1.2.2 激光损伤测试系统研究现状
•   1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 激光诱导薄膜损伤的机理
•   2.1 光学薄膜激光损伤机理
•     2.1.1 本征吸收
•     2.1.2 杂质吸收
•     2.1.3 雪崩离化
•     2.1.4 多光子吸收
•   2.2 光学薄膜损伤阈值的影响因素
•     2.2.1 激光器参数对光学薄膜损伤阈值的影响
•     2.2.2 光学薄膜自身特性及膜层厚度的影响
•   2.3 光学薄膜激光损伤测试原理及方法
•     2.3.1 激光损伤阈值的确定
•     2.3.2 激光损伤阈值的测试方法
•     2.3.3 激光损伤的判别方法
•   2.4 本章小结
• 第3章 基横模脉冲激光器的设计及输出特性
•   3.1 激光晶体的热透镜效应
•   3.2 基横模激光器的腔长设计
•     3.2.1 不同谐振腔长度下激光光斑的振幅分布
•     3.2.2 不同谐振腔长度下输出激光的脉宽特性
•     3.2.3 谐振腔的腔长变化对激光输出能量的影响
•   3.3 基横模谐振腔的腔型设计
•     3.3.1 激光晶体在腔内位置的确定
•     3.3.2 激光器全反腔镜曲率半径的选择
•     3.3.3 输出镜透过率的选择
•   3.4 用于激光损伤阈值测试系统的Nd:YAG激光器设计
•     3.4.1 Nd:YAG激光器的光路设计
•     3.4.2 实验结果及分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 激光损伤阈值测试系统的总体结构设计
•   4.1 激光损伤阈值测试系统的组成结构
•   4.2 激光能量的精密控制设计
•     4.2.1 偏振片半波片组合实验
•     4.2.2 格兰-泰勒棱镜的激光能量衰减控制实验
•   4.3 激光损伤阈值测试系统的硬件控制设计
•     4.3.1 激光损伤阈值测试系统的自动控制
•     4.3.2 激光器外部脉冲的控制
•     4.3.3 衰减器、二维平移台的控制
•   4.4 本章小结
• 第5章 光学薄膜损伤阈值测试
•   5.1 系统装置及调试过程
•   5.2 光学薄膜激光损伤阈值测试实验
•     5.2.1 激光损伤阈值测试
•     5.2.2 测试结果及分析
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张鹏

导师: 徐送宁

关键词: 激光损伤阈值,光学薄膜,基横模,自动控制

来源: 沈阳理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 沈阳理工大学

分类号: TN249

DOI: 10.27323/d.cnki.gsgyc.2019.000313

总页数: 71

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