激光系统中元件热效应时空特性分析
发布时间：2021-06-11 16:27
从热传导方程和热弹性方程出发,基于EasyLaser仿真软件,对激光辐照Si反射镜、SiO2窗口镜温度分布和热相差进行了模拟计算,比较了相同吸收的情形下,两种元件温升、热相差分布的时间、空间特性,并开展光-热-力控制多物理耦合仿真,比较了激光辐照Si反射镜、SiO2窗口镜热效应对激光传输远场特性影响和自适应光学校正效果。仿真结果表明,由于SiO2窗口镜导热性能差,热相差随激光辐照时间的增加而线性增加,其分布与辐照激光光斑空间分布相似,且在激光辐照停止后较长时间内仍然存在;而Si反射镜导热性能好,温度分布在较短时间内匀化导致温度梯度小,热相差先快速、后缓慢增加,在激光辐照停止后热效应的影响很快消退。实验光斑强度的空间分布,对两种元件热效应的影响不同:对于SiO2窗口镜,其热相差的高空间频率成分增加,严重影响激光光束远场传输与自适应光学校正效果,而Si反射镜热导率大,受到的影响较小。
【文章来源】：光学学报. 2020,40(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Si反射镜温升分布。
SiO2材料的热导率比Si材料约小2个量级,当受到激光辐照时,SiO2热扩散很慢,20 s的扩散长度约为0.8 cm,导致SiO2温升随辐照时间增长近似线性增加,且温升分布与辐照激光光斑分布相似。即使激光停止辐照后,在很长时间内,温升分布仍然与辐照激光分布相似,如图3所示。SiO2窗口镜表面、体吸收的不同处主要表现在表面最大温升随时间变化不同:只考虑面吸收时,表面温升较高,但是激光停止辐照后,表面温度下降很快;以体吸收为主时,表面最大温升较低,激光停止辐照后,表面温度下降较慢。SiO2窗口镜的热相差包括表面变形与热光效应两部分,当激光的总吸收率相同时,热相差RMS相近,如图4所示。
采用光束控制多物理耦合仿真分析软件EasyLaser搭建元件热分析及自适应光学校正仿真光路,并设置光路中元件的总吸收率相同,仿真中主要分析Si反射镜、SiO2窗口镜热效应对光束传输与自适应光学校正的影响,不考虑其他光学元件和激光传输光路中气体热效应。图5(a)光路中只考虑Si反射镜热效应,共有5块反射镜,每个反射镜表面吸收率均为200×10-6,激光入射角度均为22.5°;图5(b)光路中只考虑SiO2窗口镜热效应,窗口镜总吸收率为1000×10-6,激光入射角度均为0°。两个光路中元件大小与前文相同。图4 SiO2窗口镜热效应的时间变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]960线光谱合束光栅的热畸变分析[J]. 徐姣,陈俊明,陈鹏,王勇禄,张益彬,孔钒宇,晋云霞,邵建达. 光学学报. 2018(05)
[2]激光系统组件化仿真软件EasyLaser[J]. 谢晓钢,张建柱,岳玉芳,安建祝,张飞舟. 强激光与粒子束. 2013(10)
[3]光学系统中白宝石分光镜的热变形像差分析[J]. 周琼,姜宗福,习锋杰. 中国激光. 2012(10)
[4]内光路系统的缩放模型及其热变形像差的波前预补偿[J]. 周琼,姜宗福,习锋杰. 中国激光. 2012(04)
[5]非均匀激光辐照下硅镜热变形对光束传输特性的影响[J]. 刘文广,饶鹏,华卫红. 强激光与粒子束. 2008(10)
[6]强激光输出窗口热行为对光束质量的影响[J]. 盛朝霞,王再军. 激光技术. 2008(03)
[7]激光窗口热透镜效应对光束质量的影响[J]. 安建祝,李有宽,杜祥琬. 强激光与粒子束. 2004(04)
[8]在波长1.315μm下的几种激光器窗口热效应比较研究[J]. 孙峰,程祖海,张耀宁,余文峰,周次明. 中国激光. 2004(04)
本文编号：3224883
【文章来源】：光学学报. 2020,40(20)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
Si反射镜温升分布。
SiO2材料的热导率比Si材料约小2个量级,当受到激光辐照时,SiO2热扩散很慢,20 s的扩散长度约为0.8 cm,导致SiO2温升随辐照时间增长近似线性增加,且温升分布与辐照激光光斑分布相似。即使激光停止辐照后,在很长时间内,温升分布仍然与辐照激光分布相似,如图3所示。SiO2窗口镜表面、体吸收的不同处主要表现在表面最大温升随时间变化不同:只考虑面吸收时,表面温升较高,但是激光停止辐照后,表面温度下降很快;以体吸收为主时,表面最大温升较低,激光停止辐照后,表面温度下降较慢。SiO2窗口镜的热相差包括表面变形与热光效应两部分,当激光的总吸收率相同时,热相差RMS相近,如图4所示。
采用光束控制多物理耦合仿真分析软件EasyLaser搭建元件热分析及自适应光学校正仿真光路,并设置光路中元件的总吸收率相同,仿真中主要分析Si反射镜、SiO2窗口镜热效应对光束传输与自适应光学校正的影响,不考虑其他光学元件和激光传输光路中气体热效应。图5(a)光路中只考虑Si反射镜热效应,共有5块反射镜,每个反射镜表面吸收率均为200×10-6,激光入射角度均为22.5°;图5(b)光路中只考虑SiO2窗口镜热效应,窗口镜总吸收率为1000×10-6,激光入射角度均为0°。两个光路中元件大小与前文相同。图4 SiO2窗口镜热效应的时间变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]960线光谱合束光栅的热畸变分析[J]. 徐姣,陈俊明,陈鹏,王勇禄,张益彬,孔钒宇,晋云霞,邵建达. 光学学报. 2018(05)
[2]激光系统组件化仿真软件EasyLaser[J]. 谢晓钢,张建柱,岳玉芳,安建祝,张飞舟. 强激光与粒子束. 2013(10)
[3]光学系统中白宝石分光镜的热变形像差分析[J]. 周琼,姜宗福,习锋杰. 中国激光. 2012(10)
[4]内光路系统的缩放模型及其热变形像差的波前预补偿[J]. 周琼,姜宗福,习锋杰. 中国激光. 2012(04)
[5]非均匀激光辐照下硅镜热变形对光束传输特性的影响[J]. 刘文广,饶鹏,华卫红. 强激光与粒子束. 2008(10)
[6]强激光输出窗口热行为对光束质量的影响[J]. 盛朝霞,王再军. 激光技术. 2008(03)
[7]激光窗口热透镜效应对光束质量的影响[J]. 安建祝,李有宽,杜祥琬. 强激光与粒子束. 2004(04)
[8]在波长1.315μm下的几种激光器窗口热效应比较研究[J]. 孙峰,程祖海,张耀宁,余文峰,周次明. 中国激光. 2004(04)
本文编号：3224883
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