KDP晶体激光分离切割机理及关键技术研究
[Abstract]:KH2PO4 (KDP) crystal is the only large size crystal that can be used in the current inertial confinement fusion (ICF) device. However, it is very soft, high brittle, sensitive to temperature and stress changes, easy to crack and deliquescence, so that KDP is considered to be a very difficult to be machined. At present, a lot of research at home and abroad is concentrated in the KDP crystal. However, there are few reports on ultra precision polishing, while the cutting of KDP crystals is rarely reported. At present, the cutting of KDP crystals is still used by traditional band saw or diamond wire saw. Not only the efficiency is low, but also the processing safety is poor, and it often occurs destructive fragmentation. In this paper, the present technical difficulties and challenges are induced by laser induced tensile stress points. In the first place, the innovative technology of laser separation and cutting of KDP crystals was first proposed at home and abroad, which provided a brand new technical approach for the manufacture of crystal devices.
In this paper, the properties of KDP crystal with high compressive strength (113Mpa) and very low tensile strength (only 5 to 8Mpa), and the absorption effect of transparent materials on laser, are combined to combine the ultra fast laser "cold" technology with the traditional laser "hot" processing technology, and the double laser beam separation and cutting technology of KDP crystal and the mirror surface of the KDP crystal are put forward. The basic principle of this technology is to preprocess the KDP crystal with ultra fast laser to realize the artificial regulation of crystal light absorption and molecular binding force, and then use continuous laser beam to induce tensile stress or micro zone tensile stress in the crystal to separate and cut the crystal along the preprocessing line. Therefore, the work and results of this paper are studied and studied in this paper. It mainly includes the following aspects:
(1) through the ray tracing and the wave optics theory, the transmission model of the focused laser in the KDP crystal is established. The transmission, the focusing, the birefringence and the spot distortion of the KDP crystals with different orientation are simulated and analyzed. The results show that the double refraction effect of the crystal will seriously affect the transmission characteristics of the E light, and the derivation is derived. The three-dimensional dynamic intensity distribution function is generated inside the crystal.
(2) the interaction between the ultrafast laser and the KDP crystal is studied. The results show that the internal absorption rate and the molecular binding force can be controlled in three dimensions when the peak power is low, while the micro crack can be prefabricated when the peak power is high. The interaction between the traditional continuous / long pulse laser and the crystal is studied, and it is determined that the KDP crystal can be used in the crystal. The interaction mechanism, mechanism and prototype of processing optical system for laser separation (or lossless mirror separation).
(3) based on the processing optical system and the light intensity distribution function, a mathematical model of laser induced dynamic temperature field and thermal stress field distribution in the crystal is established. The mechanism and process of laser separation and cutting of KDP crystal are revealed. It is shown that the separation mechanism is the tensile stress or the tensile stress in the Y direction induced by the laser. In order to further improve the reliability and stability of the separation and cutting process, the potential disadvantageous factors in the separation and cutting process are explored by separating the cutting parameters and the optimal process interval by the bond laser.
(4) based on the results of numerical simulation and theoretical analysis, a laser separation and non destructive mirror separation system for KDP crystals is established. The relative roughness of the KDP crystal is only 2.684 u m and the local roughness is lower than that of 500nm by double laser beam separation technology. The separation speed is more than 20 times that of the mechanical cutting. The surface roughness of KDP crystal is 4.7nm (P-V) and 2.1nm (RMS), the plane degree is 5.433 u m and the angle precision is less than 0.06 degrees. The separation speed is more than 200 times as high as that of the mechanical cutting technology. Meanwhile, the influence law of the separation parameters is analyzed, and the experimental research on the related laser separation and cutting technology is carried out and the experimental research on the related laser separation and cutting technology is carried out. A complete set of theory of laser separation and cutting technology for KDP crystal has been obtained through optimization of processing technology.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ131.13;O786
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