激光辐照过程中含缺陷熔石英结构的分子动力学分析

发布时间：2020-08-21 09:41

【摘要】：光学材料在现在科学研究中越来越受关注,其中熔石英材料的表面研究的应用领域更是非常宽广。作为激光惯性约束聚变实验装置中非常重要的光学元件,熔石英光学元件的抗损伤能力和对光速质量的影响至关重要。本课题着重研究了激光辐照熔石英材料的动力学过程,讨论了激光辐照过程中熔石英非晶材料微观结构的变化,以及表面缺陷的类型和尺寸对熔石英材料微观结构变化的影响。具体给出了熔石英原子键长、键角、组成原子的配位数等微观结构参数随激光参数、缺陷类型和尺寸的演化规律。同时进行了紫外激光对光学元件材料性能影响的理论分析,为提高激光惯性约束聚变装置中光学元件的负载能力提供理论基础。本文研究的主要内容及结论如下:1.熔石英非晶结构的建立。即通过Materials Studio建立二氧化硅晶体结构,基于熔石英生成的实验过程,利用分子动力学软件DL_POLY计算模拟得到熔石英非晶结构。2.激光辐照熔石英动力学过程计算程序的建立。构建激光加载的分子动力学模型和熔石英表面缺陷模型(立方体、圆锥体、半球体、圆柱体),建立研究激光辐照熔石英分子动力学过程研究的LAMMPS程序。3.利用以上所建立熔石英结构模型和LAMMPS分子动力学程序,进行了激光辐照理想熔石英结构动力学过程的计算模拟。获得了辐照后表征熔石英微观结构的参数(键长、键角、配位数等),分析了不同激光辐照参数对理想熔石英微观结构的影响。4.利用以上所建立的含缺陷熔石英结构和LAMMPS分子动力学程序,进行了激光辐照含缺陷熔石英结构分子动力学过程的计算模拟。讨论了在相同参数的激光辐照下,立方体缺陷、圆锥体缺陷、半球体缺陷和圆柱体缺陷四种不同缺陷的结构的存在对熔石英原子结构排列的影响。5.改变熔石英表面不同缺陷尺寸,研究激光辐照对熔石英微观结构的变化的影响。6.从理论的角度上,分析激光辐照对熔石英结构以及性能和抗损伤能力的影响。为提高激光惯性约束聚变装置中光学元件的负载能力提供理论基础。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O561
【图文】：

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再通过缺陷情况进行分数检测，具体的工艺流程如图1-4 所示。图 1-4 熔石英使用工序流程图[66]其中，HF 酸刻蚀工艺在实际的实际过程中还比较复杂，要细分的操作繁多，设置相关参数，根据需求进行各个实验数值的测试，如果不符合要求，刚需要再增加刻蚀的时间，符合要求才进入到下一步的处理过程中，加入紫外激光扫描，进行一个预处理操作，其中涉及的流程已由图 1-5 给出。图 1-5 HF 酸刻蚀工艺流程图[66]熔石英的材料的应用在现实生活中比较广泛，随着社会的不断进步，研究手段的不断更新，市场的需求也不断的增大，因此，人们就想到了通过抑制损伤增长来充分的利用原材料。目前，改善熔石英表面损伤的手段也有很多[58-70]，很多的研究方法随着探索的深入较为成熟。戴威等人对熔石英修复参数进行了仔细的量化实验[56]，波前畸变以及残余应力的控制是 CO2激光修复方法过程的难点，主要通过温控退火手段去除应力作用[71]。田野等人采用了分子动力学模拟和反应力场的组合方式，探索了紫外激光辐照熔融 SiO2的微观结构以及

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6图 1-5 HF 酸刻蚀工艺流程图[66]英的材料的应用在现实生活中比较广泛，随着社会的不断进步更新，市场的需求也不断的增大，因此，人们就想到了通过抑的利用原材料。目前，改善熔石英表面损伤的手段也有很多[5法随着探索的深入较为成熟。戴威等人对熔石英修复参数进行[56]，波前畸变以及残余应力的控制是 CO2激光修复方法过程的控退火手段去除应力作用[71]。等人采用了分子动力学模拟和反应力场的组合方式，探索了紫iO2的微观结构以及热学、力学性质的演化[72]。通过激光激发的

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(a) (b)图 3-1 原子构型的石英晶体三维结构。(a)xoy 平面的结构；(b)xoz 平面的结构图 3-1 中原子构型的石英晶体代入分子动力学模拟软件包 DL_POLY 中，熔石英的制备。首先将体系的初始温度设置为 6000K，对二氧化硅晶体处理，使其熔融、弛豫，再将体系的初始温度依次降低到 300K，在 DL_PO分析，将生成的结构模型在 VESTA 中进行可视化，如图 3-2 所示。

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