抑制光场调制增强效应的熔石英元件损伤修复形貌设计研究

发布时间：2017-04-02 00:09

  本文关键词：抑制光场调制增强效应的熔石英元件损伤修复形貌设计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：熔石英作为聚焦透镜和衍射元件的主要基体材料,广泛应用于ICF激光驱动装置中。然而,工作于紫外光波段的熔石英元件在高功率激光作用下还表现出易损伤的特性,目前,三倍频激光诱导熔石英元件损伤已经成为限制ICF激光驱动装置负载能力提升的重要因素。CO2激光修复技术作为当前最为成熟且有效的熔石英元件损伤修复技术,在抑制元件损伤增长,提升装置负载能力,降低装置运行成本等方面发挥着巨大作用。然而,C02激光修复技术并不能达到理想的修复效果,修复点将引起元件表面形貌发生变化,导致修复元件下游的光场分布出现调制增强区域,从而对分布在该区域的光学元件造成损伤威胁。本文以避免调制增强效应对下游元件的级联损伤威胁为目标,以标量衍射理论为基础,通过数值模拟与实验验证相结合的方式,系统研究了修复点形貌特征结构对其下游光传输所造成的调制影响规律,并结合当前修复工艺对修复点形貌设计提出了理论性指导。主要内容包括：(1)利用光学显微镜、WYKO白光干涉仪、XP-200接触式轮廓仪等相关检测仪器,系统研究了C02激光非蒸发式修复点形貌特征结构,建立了典型的带有边缘凸起的高斯形修复点数值模型,基于标量衍射理论进行了相关数值模拟,结合实验验证,得到了非蒸发式修复点特征形貌参数(修复深度、宽度、凸起高度及其相对位置等)对下游光传输产生的调制影响规律。研究发现,靠近修复元件位置的环形调制极大值光场分布主要受修复点深度的影响,且随复点深度的增大而逐渐增大,远离修复元件位置的轴上调制极大值主要受边缘凸起高度的影响,且随凸起高度的增加而逐渐增大。(2)结合蒸发式修复可以精确控制修复点形貌特征,建立了不同类型宏观形貌的修复点三维数值模型,通过对比不同类型修复点对下游光传输产生的影响,研究发现,在相同尺寸情况下,三类修复点中抛物形修复点形貌设计最为合理；(3)结合当前研究现状,利用聚焦小光斑二次加工修复点形貌,探索了二次加工对修复点下游调制光场分布所造成的影响,研究发现,二次加工有助于修复更大尺寸的损伤点,且可以有效控制下游光场调制极大值分布位置。
【关键词】：熔石英 CO_2激光损伤修复 光场调制 标量衍射理论
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN24
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 CO_2激光修复技术11-14
• 1.2.1 CO_2激光修复机理11-12
• 1.2.2 CO_2激光修复存在的问题12-14
• 1.3 CO_2激光修复点对光传输产生的影响14-18
• 1.3.1 光场调制增强效应产生的原因14
• 1.3.2 抑制光场调制增强效应国内外研究现状14-17
• 1.3.3 研究现状总结与分析17-18
• 1.4 论文研究内容18-19
• 第二章 修复点对下游光传输影响的理论模型19-31
• 2.1 标量衍射理论19-25
• 2.1.1 基尔霍夫公式20-21
• 2.1.2 瑞利-索末菲公式21
• 2.1.3 衍射的角谱传播公式21-23
• 2.1.4 菲涅尔衍射积分23-25
• 2.2 数值计算方法25-28
• 2.2.1 菲涅尔衍射积分S-FFT算法25-27
• 2.2.2 菲涅尔衍射积分D-FFT算法27-28
• 2.3 修复点对下游光传输影响的理论模型建立28-30
• 2.4 小结30-31
• 第三章 非蒸发式修复点形貌对光传输产生的影响31-42
• 3.1 非蒸发式修复点数值模型建立31-33
• 3.1.1 非蒸发式修复点形貌特征分析32
• 3.1.2 非蒸发式修复点三维数值模型建立32-33
• 3.2 非蒸发式修复点对光传输的调制影响的数值模拟33-37
• 3.2.1 修复点熔融坑区域对光传输的影响34-35
• 3.2.2 修复点边缘凸起形貌对光传输的影响35-36
• 3.2.3 数值模拟结果讨论36-37
• 3.3 数值模拟结果实验验证37-39
• 3.3.1 实验结果与数值模拟结果对比分析38-39
• 3.3.2 讨论39
• 3.4 修复点分布位置对调制光场分布的影响39-40
• 3.5 小结40-42
• 第四章 蒸发式修复点形貌设计研究42-48
• 4.1 不同类型修复点三维数值模型建立42-43
• 4.2 不同类型修复点对光传输产生的影响对比43-47
• 4.2.1 修复点宏观尺寸对光传输的调制影响44-45
• 4.2.2 修复点宏观形貌对光传输的调制影响45-47
• 4.3 小结47-48
• 第五章 探索修复点二次加工对光传输产生的影响48-55
• 5.1 修复点二次加工数值模型48-49
• 5.2 修复点二次加工对光传输的影响49-52
• 5.2.1 修复点二次加工前后对光传输产生的影响对比49-51
• 5.2.2 二次加工微观结构分布对光传输产生的影响51-52
• 5.2.3 二次加工微观结构尺寸对光传输产生的影响52
• 5.3 修复点二次加工对元件表面附近电磁场分布的影响52-54
• 5.4 小结54-55
• 第六章 总结55-58
• 6.1 全文总结55-56
• 6.2 研究展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 附录64-66
• 附录A：攻读硕士期间发表论文情况64
• 附录B：参加学术活动情况64
• 附录C：在校期间获奖情况64-65
• 附录D：Fresnel Diffraction Simulation软件65-66

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