激光元件小尺寸损伤的性能修复研究

论文摘要

激光元件在大功率激光系统中往往会受到强激光辐照而发生损伤,提升激光元件的负载能力,保证大功率激光系统正常运行具有重要的意义。对激光元件表面小尺寸损伤进行修复、抑制损伤增长和提高激光元件的抗激光损伤性能是两种提升激光元件使用寿命的主要方法。课题主要研究内容及结论如下:1.研究了强激光辐照熔石英元件时,热效应产生的驱动应力使损伤点附近的材料发生熔融流动实现愈合损伤点。应用熔石英内部的温度场分布公式,仿真分析高斯脉冲激光脉宽与光斑直径一定时,激光单次辐照修复熔石英的临界能量以及在临界能量范围内所能达到的熔融深度。2.以小尺寸损伤修复理论为基础,设计了熔石英表面小尺寸损伤的修复实验。针对横向尺寸小于25μm,纵向深度小于5μm的损伤点进行了激光辐照修复实验以及引入HF辅助的激光辐照修复实验。结果表明:引入HF辅助处理后,选用50mJ能量辐照损伤点修复效果最好,损伤点纵向深度从4.93μm降低到1.17μm;修复点的激光损伤阈值可恢复到未发生损伤的熔石英基底的88%以上,甚至超过未损伤的熔石英基底激光损伤阈值;同时修复前后熔石英的光透过率没有明显的变化。3.采用激光预处理、离子束后处理和HF化学处理三种技术对激光元件分别进行预处理,可提升激光元件的抗激光损伤性能。对HfO2薄膜进行激光预处理实验,其激光损伤阈值最高可以提升28.4%（@1064nm）和33.7%（@532nm）,同时光透过率没有明显变化;对HfO2薄膜进行离子束后处理实验,其激光损伤阈值最高可以提升20.18%,同时光透过率没有明显变化;对熔石英基底进行HF化学处理实验。结果表明:熔石英基底的激光损伤阈值随着处理时间的进行先增大后减小,最高可以提升38%,同时透过率没有明显变化。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 激光元件损伤机理
•   1.3 激光元件小尺寸损伤点修复研究进展
•     1.3.1 激光辐照修复损伤点研究进展
•     1.3.2 HF辅助修复损伤点研究进展
•   1.4 激光元件抗激光损伤性能提升研究进展
•   1.5 激光损伤阈值测试方法
•   1.6 论文主要研究技术路线及内容
• 2 激光元件损伤修复的理论基础
•   2.1 激光与材料相互作用
•     2.1.1 激光辐照光学材料的物理现象
•     2.1.2 激光辐照光学材料的热效应分析
•   2.2 熔石英损伤修复的理论基础
•     2.2.1 熔石英材料的性能
•     2.2.2 激光辐照修复熔石英修复的机理
•   2.3 热应力及熔融驱动力分析
•   2.4 本章小结
• 3 熔石英表面小尺寸损伤点的修复
•   3.1 激光辐照修复的方法
•   3.2 激光辐照修复熔石英小尺寸损伤点
•   3.3 HF处理与激光辐照结合修复熔石英小尺寸损伤点
•     3.3.1 HF与熔石英的反应机理
•     3.3.2 HF处理损伤点
•     3.3.3 HF处理辅助激光辐照修复
•     3.3.4 熔石英小尺寸损伤修复结果及分析
•   3.4 本章小结
• 4 激光元件抗激光损伤性能提升
• 2 薄膜性能'>  4.1 激光预处理技术提升Hf O₂薄膜性能
•     4.1.1 激光预处理技术的机理及方法
• 2 薄膜激光预处理前后损伤阈值对比分析'>    4.1.2 HfO₂薄膜激光预处理前后损伤阈值对比分析
• 2 薄膜激光预处理前后粗糙度对比分析'>    4.1.3 HfO₂薄膜激光预处理前后粗糙度对比分析
• 2 薄膜激光预处理前后光透过率对比分析'>    4.1.4 HfO₂薄膜激光预处理前后光透过率对比分析
• 2 薄膜性能'>  4.2 离子束后处理技术提升Hf O₂薄膜性能
•     4.2.1 离子束后处理技术机理及方法
• 2 薄膜离子束处理前后激光损伤阈值对比分析'>    4.2.2 HfO₂薄膜离子束处理前后激光损伤阈值对比分析
• 2 薄膜离子束处理前后粗糙度的对比及分析'>    4.2.3 HfO₂薄膜离子束处理前后粗糙度的对比及分析
• 2 薄膜离子束处理前后光透过率对比分析'>    4.2.4 HfO₂薄膜离子束处理前后光透过率对比分析
•   4.3 HF化学处理技术提升熔石英性能
•     4.3.1 HF化学处理技术机理及方法
•     4.3.2 HF化学处理前后熔石英激光损伤阈值对比分析
•     4.3.3 HF化学处理前后熔石英样片粗糙度对比分析
•     4.3.4 HF处理熔石英前后光透过率对比分析
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 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: 薛鹏成

导师: 杨利红,马优恒

关键词: 熔石英,薄膜,激光损伤修复,激光损伤阈值

来源: 西安工业大学

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: 西安工业大学

基金: 国家自然科学基金(61378050)

分类号: TN249

DOI: 10.27391/d.cnki.gxagu.2019.000252

总页数: 78

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