基于散射光的激光损伤阈值在线监测技术研究

发布时间：2021-10-23 06:13

　　随着激光技术的发展,光纤连续激光、脉冲串激光、高重频准连续激光等高功率激光在加工行业越来越重要,其应用领域越来越宽,然而是否能够准确地测量出靶材的激光损伤阈值始终是激光与物质相互作用领域的主要研究内容之一。因此本文开展了基于散射光的激光损伤阈值在线监测技术研究,具体如下:理论方面,基于控制传热学、几何光学的理论,利用COMSOL软件建立二维和三维数值计算模型,以铝靶材为例,计算分析了激光诱导靶材表面引起形变与激光损伤阈值的关系,得出了中心温升曲线,并分析了激光辐照不同时刻靶材表面二维温度场分布情况和损伤形貌变化关系,靶材表面微小形貌变化引起照明光反射、散射光激光随作用时间的演化过程。计算得出当激光作用30μs、300μs和1ms时,在45°探测情况下,照明光的散射光二维追迹结果与靶材三维烧蚀孔形貌的关系,结果表明,当照明光经烧蚀孔散射,散射光的光线分布出现明显改变。最后得出烧蚀孔深度分别在0.1mm-1mm时,光分布逐渐发散,并在1mm时减弱至最小。系统设计方面,针对反射光斑的检测要求进行激光损伤阈值在线监测系统的设计和系统静态测试分析。包括系统总体设计、硬件设计（光学与电学设计）与软... 

【文章来源】：长春理工大学吉林省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于He-Ne光散信号判断激光损伤阈值测试法2009年，张喜和、徐立君等学者以激光诱导光学元件损伤的判别方法作为研究基

第1章绪论3的表征研究，首先对散射信号与激光损伤之间的关系进行了介绍，然后开展了以相衬显微镜观测法和等离子体闪光法作为对比实验得具体实验研究，如图1.1所示。结果发现，散射信号的变化情况与薄膜的激光损伤尺度和形貌有关，本次实验中能探测到的最小损伤尺度在20微米左右，其对激光损伤阈值的反应较为准确，且与显微镜观察到的结果基本符合[19]。图1.1基于He-Ne光散信号判断激光损伤阈值测试法2009年，张喜和、徐立君等学者以激光诱导光学元件损伤的判别方法作为研究基础，进一步探索了强激光辐照硅光电探测器的损伤判别方法。在研究中，对硅光电探测器响应度的变化程度与激光损伤程度之间的关系进行了分析，进而提出可通过测定响应度的变化来判定激光损伤程度，该观点被实验证实为可行[20]。2009年，周明则对不同波长的激光辐照对增透膜的损伤阈值进行了探究，如图1.2所示。实验中采用波长为532纳米和1064纳米的激光对增透膜进行辐照，包括单独作用和共同作用两种模式，并对损伤情况进行了对比研究[21]。图1.2不同波长激光共同作用损伤阈值测试系统2010年苏俊宏等就采用光散射法判定激光损伤进行了具体的实验研究。在保持其他的实验要素不变的情况下，分别调整了激光脉冲能量、测量入射角度和样片与探测

第1章绪论4器距离，探索不同条件下损伤点散射光能量的角分布情况。发现为提升光散射法测量光学元件激光损伤的精度，应把探测器置于反射光方向的两侧，且增大测试光的入射角度，同时减小探测器距离[22]。2011年，周刚等按照激光损伤阈值测试方法的国际标准建立了一套激光损伤阈值测试平台，在实验中采用波长为1064nm的激光，分别采取1-on-1，S-on-1，R-on-1和光栅扫描四种方法对同一膜系的高反膜进行激光阈值测试实验。对四种实验的结果进行比较分析，结果发现尽管测试方法不同，但激光损伤的测试都与光斑的大孝光斑扫描间距及激光预处理情况具有直接关联[23]。2011年，胡建平等研究人员率先尝试以光斑空间的能量分布来确定激光损伤阈值的方法。在实验中，首先把激光通过二进制光栅进行分束处置，然后比较各分束激光的能量密度和损伤情况，来推测样品的激光损伤阈值[24]，下图1.3为实验示意图。其研究成果为光学元件激光损伤的判定探索了新的方向，推进了该领域研究的深入。图1.3基于二进制光栅单脉冲激光损伤阈值测试装置2012年，邓文渊、金春水在研究中所应用激光损伤判定方法为He-Ne散射法，主要探索了该方法在ArF激光损伤在线判别方面的作用，以等离子闪光法和相衬显微镜观察法作为对比，发现He-Ne散射法的准确度高，操作简版，实时在线的优势[25]。2014年，浙江大学陈子力等研究人员以等倾干涉原理作为基础，构建了光学材料激光损伤阈值实验平台，对熔融石英、CaF2和白宝石进行了激光损伤实验，如图1.4所示，获得了纳秒激光辐照下上述三种光学材料的损伤阈值[26]。


本文编号：3452628