紫外激光诱导熔石英损伤的光谱表征

发布时间：2022-10-09 21:23

　　作为高功率激光系统终端的熔石英光学元件的辐照损伤已成为制约惯性约束聚变装置负载能力提升的瓶颈之一,是国内外激光损伤研究的热点问题。深入理解熔石英光学元件的损伤机理,研究影响损伤阈值的因素对工程上指导熔石英光学元件的修复有着重要意义。各种表面改性或后处理工艺可以通过消除或缓解损伤前驱体来提高熔石英的抗激光损伤性能,例如基于HF缓冲液的化学刻蚀、反应离子束刻蚀和CO2激光处理等方法。本文致力于研究紫外激光辐照熔石英可视损伤的诊断,并详细地研究了损伤的过程和影响损伤阈值的缺陷的光谱表征。本论文主要应用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、光热光谱及拉曼光谱等方法,对熔石英光学元件辐照损伤前后的形貌、光谱特性进行了表征,并且对激光诱导损伤过程及缺陷的分布进行了若干研究,得到了以下结果:（1）用光热光谱技术研究高频紫外激光辐照熔石英的光热吸收特性,结果显示光热吸收信号发生了一个从无到有的过程,达到最强又降低,而在光热信号逐渐下降的时显微成像显示样品出现了可视损伤,说明元件在出现可视损伤前是有征兆的,其光热信号强度增强到一个临界点之后才会出现可视损伤,因此我们提出了用显微成像和光热光谱相结合对元... 

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 研究背景和文献综述
    2.1 背景介绍
    2.2 惯性约束核聚变的发展
    2.3 光学元件的激光损伤
    2.4 熔石英材料的结构与性质
    2.5 熔石英玻璃的激光损伤机制
        2.5.1 亚表面微裂纹和划痕等机械性缺陷诱导激光损伤机制
        2.5.2 杂质污染物诱导热破坏机制
    2.6 熔石英玻璃的修复研究进展
    2.7 光学元件损伤的定义及诊断的重要性
3 研究目的、意义及主要内容
    3.1 研究目的和意义
    3.2 背景立项与课题来源
    3.3 研究内容设置
4 样品制备与研究方法
    4.1 熔石英样品与制备
    4.2 紫外激光辐照损伤实验及阈值测试
        4.2.1 低频激光辐照损伤实验与阈值测量
        4.2.2 高重频激光辐照损伤实验阈值测量
    4.3 表征方法
        4.3.1 显微成像
        4.3.2 光热光谱
        4.3.3 拉曼光谱
        4.3.4 X射线衍射
5 紫外激光辐照熔石英预损伤到可视损伤阶段的预判
    5.1 研究意义
    5.2 实验参数
    5.3 结果和讨论
        5.3.1 损伤阈值和损伤坑的尺寸与形貌
        5.3.2 未损伤时熔石英样品的光热光谱和光学显微镜图
        5.3.3 预损伤前后光热光谱的变化
        5.3.4 可视损伤前后光热光谱的变化
        5.3.5 光热吸收信号的峰值随时间的变化
    5.4 本章小结
6 紫外激光辐照熔石英元件失效的预判
    6.1 研究意义
    6.2 实验参数
    6.3 结果和讨论
        6.3.1 激光通量的影响
        6.3.2 发次的影响
        6.3.3 激光重复频率的影响
        6.3.4 不同区域光热吸收信号的稳定性
        6.3.5 光热吸收信号峰值强度随激光参数的变化
        6.3.6 显微成像与光热光谱方法的比较
        6.3.7 激光损伤面积可视比的定义与随激光参数的变化规律
        6.3.8 材料的击穿
    6.4 本章小结
7 激光诱导熔石英损伤区域的光谱表征
    7.1 研究意义
    7.2 实验参数
    7.3 紫外激光诱导熔石英损伤区域的拉曼光谱表征
        7.3.1 单发高能激光辐照损伤的拉曼谱
        7.3.2 多发低通量激光辐照损伤区域的拉曼谱
        7.3.3 损伤坑区域内不同位置的拉曼谱
        7.3.4 小结
    7.4 断裂区域的光谱分析
        7.4.1 损伤坑断裂区的形态
        7.4.2 损伤坑的断裂区域拉曼光谱扫描
        7.4.3 小结
    7.5 熔融区域的光谱分析
        7.5.1 材料的相变和损伤坑中心熔融区的形态
        7.5.2 损伤坑中心熔融区低温方石英的形成
        7.5.3 损伤坑的光热光谱表征
        7.5.4 小结
    7.6 本章小结
8 总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 创新点
    8.3 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]Time-dependent photothermal characterization on damage of fused silica induced by pulsed 355-nm laser with high repetition rate[J]. 闫春燕,刘宝安,李香草,刘畅,巨新.  Chinese Physics B. 2020(02)
[2]激光核聚变的发展(邀请论文)[J]. 林尊琪.  中国激光. 2010(09)
[3]激光惯性约束核聚变的新进展[J]. 王淦昌,王乃彥.  大自然探索. 1990(02)



本文编号：3689379