光在亚表面损伤介质中的传播特性研究

发布时间：2017-04-24 18:19

  本文关键词：光在亚表面损伤介质中的传播特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光学元件的亚表面损伤降低了光学材料的性能,直接影响光学系统的重要功能指标,阻碍其进一步发展。基于光散射法的激光共焦显微检测方法是一种快速、便捷、精确的亚表面无损检测方法,它利用亚表面损伤对入射光的散射调制信号分析光学元件的亚表面损伤信息,故研究光在亚表面损伤介质中的传输特性,对建立更全面的亚表面损伤共焦检测方法的理论体系是十分必要的。论述了光学元件亚表面损伤缺陷的常见类型和产生机理、激光共焦显微检测方法的基本原理及有限元数值算法的基本原理；将有限元数值算法应用到亚表面损伤的研究中,探索亚表面损伤的散射特性,通过仿真实验研究聚焦光束入射到亚表面损伤缺陷时,不同因素对其散射光信号的影响；仿真模拟共焦显微探测过程,分析探测过程中亚表面损伤缺陷的散射光信号变化规律；基于构建的激光共焦显微探测系统,采集光学元件亚表层的散射光信号,并将散射光变化规律与仿真结果进行对比验证。建立了光学元件亚表面中颗粒损伤和三类微裂纹损伤(横向裂纹、锥形裂纹和锯齿状裂纹)的数值模型,利用有限元电磁仿真软件模拟了玻璃介质中含有颗粒和三种微裂纹时的光场分布,分析并获得入射波长、亚表面损伤缺陷的尺寸、折射率、形状以及深度对其散射光信号强度的影响情况。在此基础上,模拟亚表面损伤的激光共焦显微探测过程,研究了探测过程中亚表面颗粒和微裂纹损伤引起的光场变化情况及散射光信号强度的变化规律。基于构建的激光共焦显微检测实验装置对亚表面损伤样片进行实际测量,实验结果验证了仿真实验的正确性和数值模型的有效性,表明了前期对于亚表面缺陷诱导散射光传播特性变化的研究结果是正确的,为进一步研究具有更复杂形貌及分布的亚表面损伤奠定了基础。
【关键词】：光学元件 亚表面损伤 聚焦光束 光散射 有限元法
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国内亚表面损伤散射特性的研究现状10-11
• 1.2.2 国外亚表面损伤散射特性的研究现状11-12
• 1.3 光学元件亚表面损伤的常见类型12-13
• 1.4 研究方法及原理13-15
• 1.5 本文研究的主要内容及组织结构15-17
• 2 基于有限元方法的仿真实验17-26
• 2.1 有限元方法的计算原理17-18
• 2.2 亚表面损伤模型设计18-20
• 2.2.1 横向裂纹(LC)模型18-19
• 2.2.2 赫兹锥形裂纹(HCC)模型19-20
• 2.2.3 拖尾锯齿状裂纹(TIC)模型20
• 2.3 有限单元划分20-22
• 2.4 边界条件设置22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 亚表面损伤诱导聚焦光传播特性变化的研究26-45
• 3.1 约定26
• 3.2 颗粒杂质对光的调制作用26-29
• 3.2.1 入射波长对散射强度的影响26-27
• 3.2.2 颗粒粒径对散射强度的影响27-28
• 3.2.3 颗粒折射率对散射强度的影响28-29
• 3.3 横向裂纹(LC)对光的调制作用29-34
• 3.3.1 模型描述29-30
• 3.3.2 裂纹宽度对散射强度的影响30-31
• 3.3.3 裂纹深度对散射强度的影响31
• 3.3.4 裂纹倾斜角度对散射强度的影响31-32
• 3.3.5 裂纹折射率对散射强度的影响32-34
• 3.4 赫兹锥形裂纹(HCC)对光的调制作用34-39
• 3.4.1 模型描述34-35
• 3.4.2 裂纹宽度对散射强度的影响35-36
• 3.4.3 裂纹深度对散射强度的影响36-37
• 3.4.4 裂纹内径对散射强度的影响37
• 3.4.5 裂纹倾角对散射强度的影响37-38
• 3.4.6 裂纹折射率对散射强度的影响38-39
• 3.5 拖尾锯齿状裂纹(TIC)对光的调制作用39-44
• 3.5.1 模型描述39-40
• 3.5.2 裂纹宽度对散射强度的影响40
• 3.5.3 裂纹深度对散射强度的影响40-41
• 3.5.4 裂纹间距对散射强度的影响41-43
• 3.5.5 裂纹轴长对散射强度的影响43
• 3.5.6 裂纹折射率对散射强度的影响43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 亚表面损伤共焦探测的仿真模拟45-50
• 4.1 亚表面颗粒的共焦探测45-47
• 4.2 亚表面微裂纹的共焦探测47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 亚表面损伤的共焦显微探测实验及结果分析50-60
• 5.1 激光共聚焦显微测量系统的构建50-52
• 5.2 光学元件亚表面损伤的探测及分析52-55
• 5.2.1 测试样片准备52
• 5.2.2 检测结果及分析52-55
• 5.3 实验误差分析55-58
• 5.3.1 针孔大小的影响55-57
• 5.3.2 探测器位置偏移的影响57-58
• 5.3.3 其它影响因素58
• 5.4 本章小结58-60
• 6 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文67-68
• 致谢68-70

【参考文献】

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本文编号：324739