飞秒脉冲激光辐照光学镜头的热力毁伤效应研究
发布时间：2021-01-27 08:24
由于脉冲激光的功率密度大且准直性好,各国争相研制体积小、功耗低、抗干扰能力强且作用距离远的大功率高频短脉冲激光器作为新型武器平台。在太空的特殊环境下,更加有利于大功率激光器作为反卫星“杀手锏”致盲甚至摧毁敌方卫星。精密的光学镜头则是各类光学侦查系统的薄弱环节,若采用激光直接辐照将对其产生致盲甚至毁伤。激光与材料相互作用时,激光脉冲的能量会经历一系列复杂的转化过程变为其他形式的能量,其中以热能和机械能对材料的宏观破坏能力最强,因此激光辐照材料的热、力效应一直是激光毁伤和激光加工等领域的研究重点。为了促进高能激光武器平台的发展与光学系统激光毁伤防护技术的进步,开展了飞秒激光辐照光学镜头热力毁伤实验研究,取得主要成果如下:a)建立了激光辐照材料表面温度场测量系统,在不同光学镜头材料和脉冲重复频率下得出镜片表面辐照点附近的温度变化时空规律,结合力学效应阐释激光热效应的变化规律,结果表明输出激光脉冲重复频率与镜头表面温度场内最高温度呈正线性相关,且频率越高温度梯度越大。b)构建了脉冲辐照下瞬态应力和动态应力应变测量系统,测得了从激光脉冲作用开始到靶板内应力波衰减的全过程,其中作用瞬间GPa级应力...
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２激光脉冲烧蚀靶材的时间分辨阴影图［１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｉｍｅ?ｒｅｓｏｌｖｅｄ?ｓｈａｄｏｗｅｄ?ｉｍａｇｅ?ｏｆｌａｓｅｒ?ｐｕｌｓｅ?ａｂｌａｔｉｏｎ?ｔａｒｇｅｔ⑴??［３９］
飞秒脉冲振荡器即脉冲激光种子光为德国Ｍｅｎｌｏ?Ｓｙｓｔｅｍｓ公司生产的Ｃ－ｆｉｂｅｒ??７８０型光纤激光器，波长为７８０±１０ｎｍ，实际使用中测得输出波长７８３ｎｍ，重复??频率１００ＭＨｚ，采用Ｇｅｎｐｕｌｓｅ?（光电控制器）使重复频率变为９５ＭＨｚ，平均功率??３００ｍＷ，脉冲宽度１００－１２０ｆｓ，实际控制脉宽为１００ｆｓ。??飞秒激光振荡器和飞秒激光腔内放大器的栗浦源均为连续运转的腔内倍频的??Ｎｄ：ＹＬＦ?（掺钦氟化锂纪晶体）激光器，该种激光器为美国Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ公司生产的??Ｔｅｒｒａ５２７－５０－Ｍ型固体激光器，其中心波长５２７ｎｍ，脉冲重复频率可由Ｏ．ｌ－ｌＯＫＨｚ??间调节，实验中采用１ＫＨＺ进行输出，标称脉冲宽度为１５０ｎｓ，但实际输出脉宽为??１４０ｎｓ，最大平均输出功率５０Ｗ，能量稳定度＜０．５％ＲＭＳ?（均方根），输出光斑直??径２．５ｍｍ。输入泵浦光由分光镜（３：７）分为两束，其中一束用于再生放大的钛宝??石晶体，另一束则进入多通放大的钛宝石晶体。飞秒脉冲激光器各组成部分及内??部光路示意图如下图２．２所示。??
可以在示波器上得到激光脉冲的波形。同时由于激光输出位置在激光外光路的导??光和聚焦光路之前，因此该列激光脉冲信号可以作为其他测量系统的同步触发信??号。激光脉冲重复频率为１０００Ｈｚ时光电二极管测得的激光信号如图２．４所示。??０．２５?????ｌａｓｅｒ?ｓｉｇｎａｌ??０．２０?－??多：：Ｌｌｉｉｌｉｉｌｉｉ??－０．０５?一￣＊￣Ｉ￣￣＊￣Ｉ－￣￣Ｉ￣￣？￣Ｉ￣￣Ｉ￣－￣￣Ｉ￣￣？￣Ｉ￣￣１￣￣Ｉ￣？￣￣Ｉ￣＞￣￣ｆ￣￣．—??－１?０?１?２３４５６７８?９?１０?１１??Ｔｉｍｅ?／?ｍｓ??图２．４重复频率为１０００Ｈｚ时激光脉冲信号??Ｆｉｇ．?２．４?Ｓｉｇｎａｌｓ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｐｕｌｓｅｓ?ｗｉｔｈ?ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｏｆ?１０００Ｈｚ??由图２．４可以看出，激光脉冲实际重复频率与控制系统输入参数一致，暗电流??较小，在激光脉冲输出瞬间光电流迅速增大，并且信号在激光脉冲作用结束后呈??指数衰减，在２５０＃内光电流迅速衰减并接近于０。同时可见，各激光脉冲的瞬时??光电流峰值大小不同，即各个激光脉冲输出功率存在一定差异，但相差并不大，??－１６－??
本文编号：3002762
【文章来源】：沈阳理工大学辽宁省
【文章页数】：112 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２激光脉冲烧蚀靶材的时间分辨阴影图［１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｉｍｅ?ｒｅｓｏｌｖｅｄ?ｓｈａｄｏｗｅｄ?ｉｍａｇｅ?ｏｆｌａｓｅｒ?ｐｕｌｓｅ?ａｂｌａｔｉｏｎ?ｔａｒｇｅｔ⑴??［３９］
飞秒脉冲振荡器即脉冲激光种子光为德国Ｍｅｎｌｏ?Ｓｙｓｔｅｍｓ公司生产的Ｃ－ｆｉｂｅｒ??７８０型光纤激光器，波长为７８０±１０ｎｍ，实际使用中测得输出波长７８３ｎｍ，重复??频率１００ＭＨｚ，采用Ｇｅｎｐｕｌｓｅ?（光电控制器）使重复频率变为９５ＭＨｚ，平均功率??３００ｍＷ，脉冲宽度１００－１２０ｆｓ，实际控制脉宽为１００ｆｓ。??飞秒激光振荡器和飞秒激光腔内放大器的栗浦源均为连续运转的腔内倍频的??Ｎｄ：ＹＬＦ?（掺钦氟化锂纪晶体）激光器，该种激光器为美国Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ公司生产的??Ｔｅｒｒａ５２７－５０－Ｍ型固体激光器，其中心波长５２７ｎｍ，脉冲重复频率可由Ｏ．ｌ－ｌＯＫＨｚ??间调节，实验中采用１ＫＨＺ进行输出，标称脉冲宽度为１５０ｎｓ，但实际输出脉宽为??１４０ｎｓ，最大平均输出功率５０Ｗ，能量稳定度＜０．５％ＲＭＳ?（均方根），输出光斑直??径２．５ｍｍ。输入泵浦光由分光镜（３：７）分为两束，其中一束用于再生放大的钛宝??石晶体，另一束则进入多通放大的钛宝石晶体。飞秒脉冲激光器各组成部分及内??部光路示意图如下图２．２所示。??
可以在示波器上得到激光脉冲的波形。同时由于激光输出位置在激光外光路的导??光和聚焦光路之前，因此该列激光脉冲信号可以作为其他测量系统的同步触发信??号。激光脉冲重复频率为１０００Ｈｚ时光电二极管测得的激光信号如图２．４所示。??０．２５?????ｌａｓｅｒ?ｓｉｇｎａｌ??０．２０?－??多：：Ｌｌｉｉｌｉｉｌｉｉ??－０．０５?一￣＊￣Ｉ￣￣＊￣Ｉ－￣￣Ｉ￣￣？￣Ｉ￣￣Ｉ￣－￣￣Ｉ￣￣？￣Ｉ￣￣１￣￣Ｉ￣？￣￣Ｉ￣＞￣￣ｆ￣￣．—??－１?０?１?２３４５６７８?９?１０?１１??Ｔｉｍｅ?／?ｍｓ??图２．４重复频率为１０００Ｈｚ时激光脉冲信号??Ｆｉｇ．?２．４?Ｓｉｇｎａｌｓ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｐｕｌｓｅｓ?ｗｉｔｈ?ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｏｆ?１０００Ｈｚ??由图２．４可以看出，激光脉冲实际重复频率与控制系统输入参数一致，暗电流??较小，在激光脉冲输出瞬间光电流迅速增大，并且信号在激光脉冲作用结束后呈??指数衰减，在２５０＃内光电流迅速衰减并接近于０。同时可见，各激光脉冲的瞬时??光电流峰值大小不同，即各个激光脉冲输出功率存在一定差异，但相差并不大，??－１６－??
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