激光参数对薄膜激光损伤阈值的影响研究

论文摘要

随着高功率和高能量激光系统在科研和工业中的应用越来越广泛,光学薄膜元件成为高功率和高能量激光系统中的关键环节,一旦发生损伤将会影响整个系统的工作性能。评判光学薄膜稳定性的重要参数之一是薄膜的抗激光损伤能力,通常薄膜的抗激光损伤能力由激光损伤阈值表示,为了更好地评判光学薄膜的抗激光损伤性能,需要准确测量薄膜损伤阈值,而激光参数是获得高准确度薄膜损伤阈值最直接的影响因素,因此开展激光参数对薄膜损伤阈值的影响研究十分有意义。本文基于理论分析和实验测试展开了激光参数对薄膜损伤阈值的影响研究。通过对激光参数与薄膜损伤阈值数值模型的建立和计算机模拟,理论分析了激光输出能量、聚焦光斑尺寸和2M因子对薄膜损伤阈值的影响。在对常用激光束形参数测量方法研究的基础上,提出了基于夏克-哈特曼波前检测的测量方法,详细阐述了其测量原理;设计并搭建了以夏克-哈特曼为主要探测装置的激光束形参数测量系统,测量激光光强分布,根据光强分布的二阶矩定义计算聚焦光斑尺寸和2M因子,对比实测值与标称值;根据重复性等精度测试原理,多次测量激光输出参数和薄膜样品的损伤阈值,分析激光输出能量、聚焦光斑尺寸和2M因子对薄膜损伤阈值的影响;由统计学原理,计算了薄膜损伤阈值的不确定度。实验结果表明:激光器输出参数稳定性较差,能量相对误差最大值为9.99%,聚焦光斑尺寸相对误差最大值为7.81%,2M因子测量平均值为7.7,已经远远偏离基模高斯光束理想值;激光输出能量误差、聚焦光斑尺寸误差与薄膜损伤阈值误差呈正比例关系,2M因子与薄膜损伤阈值呈反向相关关系,由能量误差和聚焦光斑尺寸误差引起的薄膜损伤阈值合成相对不确定度高达18.72%。通过实验验证,激光输出能量、聚焦光斑尺寸和光束质量的稳定性对薄膜损伤阈值的准确测量均有影响。因此,研究激光参数对薄膜损伤阈值的影响,为获得准确的薄膜损伤阈值测试结果提供方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题研究背景
•   1.2 课题研究目的和意义
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 国内研究现状
•     1.3.2 国外研究现状
•   1.4 本文主要研究内容
• 2 激光薄膜损伤阈值的测试及其影响因素
•   2.1 光学薄膜的损伤
•     2.1.1 薄膜损伤定义
•     2.1.2 薄膜损伤的判别
•   2.2 激光薄膜损伤阈值的测试方法
•     2.2.1 损伤阈值的定义
•     2.2.2 损伤阈值的测试方法
•   2.3 薄膜损伤阈值的影响因素
•     2.3.1 激光参数对薄膜损伤阈值的影响
•     2.3.2 光学薄膜材料物理特性对损伤阈值的影响
•   2.4 本章小结
• 3 激光参数的测量
•   3.1 激光特性参数
•     3.1.1 激光功率和能量
•     3.1.2 激光空域参数
•   3.2 激光参数的测量方法
•     3.2.1 脉冲激光能量的测量
•     3.2.2 光斑尺寸的测量
• 2因子的测量'>    3.2.3 M²因子的测量
•   3.3 夏克-哈特曼检测法
•     3.3.1 夏克-哈特曼波前检测原理
•     3.3.2 微透镜阵列的光束变换
•     3.3.3 束形参数的计算
•     3.3.4 光强分布拟合
•   3.4 本章小结
• 4 激光参数对薄膜损伤阈值的影响
•   4.1 激光能量对薄膜损伤阈值的影响
•   4.2 聚焦光斑尺寸对薄膜损伤阈值的影响
• 2因子对薄膜损伤阈值的影响'>  4.3 M²因子对薄膜损伤阈值的影响
•     4.3.1 高斯光束的传输变换原理
•     4.3.2 高斯光束的透镜传输变换原理
•     4.3.3 数值模型的建立与仿真
•   4.4 激光输出参数的稳定性分析
•     4.4.1 激光输出参数稳定性的影响因素
•     4.4.2 不确定度分析
•   4.5 本章小结
• 5 实验装置设计与结果分析
•   5.1 实验测试装置
•     5.1.1 损伤阈值测试系统
•     5.1.2 激光参数测量系统
•     5.1.3 衰减系统
•   5.2 结果分析
•     5.2.1 激光参数测量结果
•     5.2.2 输出能量对损伤阈值的影响
•     5.2.3 聚焦光斑尺寸对损伤阈值的影响
•     5.2.4 不确定度分析
• 2因子对损伤阈值的影响'>    5.2.5 M²因子对损伤阈值的影响
•   5.3 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 严荣荣

导师: 苏俊宏

关键词: 光学薄膜,激光诱导损伤阈值,激光输出参数,准确性,夏克哈特曼波前检测

来源: 西安工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,工业通用技术及设备,无线电电子学

单位: 西安工业大学

分类号: TB383.2;TN24

DOI: 10.27391/d.cnki.gxagu.2019.000379

总页数: 87

文件大小: 4529K

下载量: 110