强光元件离子束修形工艺与本征特性演变规律研究
发布时间：2021-12-17 22:33
随着高技术光学装备性能的不断提升,光学系统对光学零件制造的面形精度和表面质量提出了更为苛刻的要求。应用于高功率激光系统的复杂形状强光元件就是极为典型的代表,其制造要求面形精度达到纳米量级的同时,还要求以近无缺陷的表面抵抗高功率激光损伤。目前,国内外学者在强光元件纳米制造研究方面取得了一定的进展,但是仍然无法完全满足大科学工程发展的需求,迫切需要开展强光元件本征表面加工新工艺和新理论的创新性研究。其中,基于物理溅射效应的离子束抛光技术,具备纳米精度修形和低缺陷清洁制造的双重优势,其潜力有望突破强光元件高精度低缺陷表面制造的瓶颈问题。然而,在以纳米精度面形和低损伤高阈值为目标的复杂形状光学元件表面制造中,离子束加工对表面微结构的频率误差调控机理、离子溅射作用下表面本征特性演变规律、离子溅射清洁制造的原理与工艺等关键问题尚待深入研究。因此,开展基于面形精度和表面质量控制的纳米制造研究,实现复杂形状强光元件面形精度提升和表面损伤控制的有效统一,在强光元件高抗激光损伤制造理论和工艺上获得突破,为我国重大强激光工程的实施提供理论和技术支持,具有重要的科学意义和应用价值。围绕复杂形状光学元件的纳米精...
【文章来源】： 国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：163 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源与研究背景
1.1.1 研究课题来源
1.1.2 课题研究背景
1.1.3 课题研究意义
1.2 国内外发展现状概述
1.2.1 离子束抛光技术概述
1.2.2 复杂形状光学元件制造概述
1.2.3 强光元件低损伤制造概述
1.3 研究思路与主要内容
1.3.1 研究思路
1.3.2 研究内容
第二章 离子溅射理论及抛光系统优化设计
2.1 离子溅射的材料去除理论
2.1.1 溅射离子与表面材料的相互作用
2.1.2 去除函数的数学模型
2.1.3 入射参数对去除函数特性的影响规律
2.2 表面粗糙度与微观形貌演变机理
2.2.1 局部形貌依赖的粗糙度演变机理
2.2.2 材料特性对离子溅射的影响规律
2.3 离子束抛光设备多轴运动系统性能提升
2.3.1 工艺条件对修形过程的影响规律
2.3.2 高动态响应驱动平台优化设计
2.3.3 多轴运动系统性能测试
2.3.4 加工能力测试
2.4 本章小结
第三章 复杂形状CPP元件纳米精度离子束修形工艺研究
3.1 CPP元件离子束修形的成型原理
3.2 CPP元件的频率误差调控机理
3.2.1 去除函数束径与相位单元的映射关系
3.2.2 面形梯度对修形精度的影响规律
3.2.3 材料去除方式对误差频率的影响规律
3.2.4 修形精度与加工效率的平衡
3.3 CPP元件离子束修形的工艺优化
3.3.1 不同束径去除函数组合工艺
3.3.2 面形滤波优化工艺
3.4 CPP元件离子束修形误差分析与修正方法
3.4.1 材料去除量求解误差
3.4.2 定位误差辨识与补偿
3.5 CPP元件离子束修形实验
3.6 本章小结
第四章 强光元件离子溅射表面本征特性演变规律研究
4.1 亚表面损伤层的力学特性分析
4.1.1 亚表层损伤的表现形式
4.1.2 损伤层的力学特性研究
4.2 损伤层离子溅射微观形貌演变规律与机理
4.2.1 离子溅射塑性划痕演变规律与机理
4.2.2 离子溅射脆性划痕演变规律与机理
4.2.3 微纳尺度缺陷离子溅射演变规律
4.2.4 离子溅射表面质量演变规律
4.3 离子溅射表面本征特性的表征与评价
4.3.1 表面本征特性评价方法
4.3.2 划痕参数演变
4.3.3 表面污染杂质去除
4.3.4 纳米压痕表面物理性能分析
4.3.5 表面光热吸收效应
4.4 离子溅射表面激光损伤性能实验研究
4.4.1 激光损伤阈值测试
4.4.2 阈值测试结果与分析
4.5 本章小结
第五章 强光元件离子溅射清洁制造工艺研究
5.1 离子溅射清洁制造工艺的提出
5.1.1 现有阈值提升工艺的局限性
5.1.2 阈值提升组合工艺优化
5.2 组合工艺处理表面综合性能评价
5.2.1 组合工艺处理流程
5.2.2 组合工艺表面质量演变
5.2.3 表面光热吸收性能评价
5.2.4损伤阈值测试实验
5.2.5 阈值变化相关问题的提出
5.3 离子溅射对材料结构缺陷的作用规律与机理
5.3.1 结构缺陷及其对激光损伤性能的影响
5.3.2 离子溅射损伤的仿真研究
5.3.3 离子溅射对结构缺陷影响规律的实验研究
5.4 表面羟基化对损伤性能的影响规律研究
5.4.1 羟基对玻璃性能的影响
5.4.2 光学表面羟基化过程
5.4.3 表面羟基化的验证
5.4.4 表面羟基化对光热吸收效应的影响规律
5.5 组合工艺阈值提升机理的探讨
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响 [J]. 石峰,万稳,戴一帆,彭小强. 光学精密工程. 2016(12)
[2]先进光学制造技术进展 [J]. 许乔,王健,马平,陈贤华,雷向阳. 强激光与粒子束. 2013(12)
[3]动态聚焦中小焦斑的波前判据 [J]. 黄小霞,高福华,袁强,胡东霞,张崑,周维,代万俊,邓学伟. 物理学报. 2013(20)
[4]连续相位板束匀滑容差能力分析 [J]. 吕晨,张大志,张蓉竹. 强激光与粒子束. 2013(03)
[5]用于背光照明的大口径连续相位板设计和制作 [J]. 温圣林,侯晶,杨春林,颜浩,石琦凯,周礼书. 激光与光电子学进展. 2011(05)
[6]连续相位板的磁流变加工技术研究 [J]. 张伟伟,彭小强,石峰. 航空精密制造技术. 2010(05)
[7]连续位相板数控化学抛光制造技术研究 [J]. 杨春林,侯晶,周礼书. 光电工程. 2010(08)
[8]基于工艺的连续相位板设计 [J]. 温圣林,许乔,马平,杨春林,周礼书,颜浩. 光学学报. 2009(11)
[9]Frequency-domain analysis of computer-controlled optical surfacing processes [J]. ZHOU Lin, DAI YiFan, XIE XuHui & LI ShengYi College of Mechatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology (NUDT), Changsha 410073, China. Science in China(Series E:Technological Sciences). 2009(07)
[10]激光惯性约束聚变驱动器终端光学系统中束匀滑器件前置的条件研究 [J]. 姚欣,高福华,张怡霄,温圣林,郭永康,林祥棣. 物理学报. 2009(05)
博士论文
[1]光学元件吸收损耗的高灵敏度检测技术研究[D]. 张晓荣.中国科学院研究生院（光电技术研究所）. 2015
[2]亚纳米精度光学表面离子束修形的基础研究[D]. 廖文林.国防科学技术大学. 2015
[3]基于材料弹性域去除的超光滑表面加工关键技术研究[D]. 彭文强.国防科学技术大学. 2014
[4]亚表面缺陷和杂质诱导光增强的模拟及其检测和控制研究[D]. 章春来.电子科技大学. 2012
[5]光学镜面离子束加工材料去除机理与基本工艺研究[D]. 焦长君.国防科学技术大学. 2008
[6]光学镜面离子束修形理论与工艺研究[D]. 周林.国防科学技术大学. 2008
硕士论文
[1]高通量条件下熔石英强光元件缺陷抑制理论与工艺研究[D]. 钟曜宇.国防科学技术大学. 2016
[2]紫外光学元件激光损伤特性测试与分析[D]. 隋婷婷.国防科学技术大学. 2015
[3]光学非球面多方法组合测量技术研究[D]. 李业鹏.国防科学技术大学. 2014
[4]紫外熔石英光学元件加工缺陷钝化工艺研究[D]. 田野.国防科学技术大学. 2013
[5]机械性能对熔石英损伤影响研究[D]. 陈庆红.电子科技大学. 2013
[6]熔石英纳米压痕分子动力学仿真及实验研究[D]. 王昆.哈尔滨工业大学. 2012
[7]载能离子对固体材料表面溅射的模拟研究[D]. 张德根.华中科技大学. 2007
本文编号：3541074
【文章来源】： 国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：163 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题来源与研究背景
1.1.1 研究课题来源
1.1.2 课题研究背景
1.1.3 课题研究意义
1.2 国内外发展现状概述
1.2.1 离子束抛光技术概述
1.2.2 复杂形状光学元件制造概述
1.2.3 强光元件低损伤制造概述
1.3 研究思路与主要内容
1.3.1 研究思路
1.3.2 研究内容
第二章 离子溅射理论及抛光系统优化设计
2.1 离子溅射的材料去除理论
2.1.1 溅射离子与表面材料的相互作用
2.1.2 去除函数的数学模型
2.1.3 入射参数对去除函数特性的影响规律
2.2 表面粗糙度与微观形貌演变机理
2.2.1 局部形貌依赖的粗糙度演变机理
2.2.2 材料特性对离子溅射的影响规律
2.3 离子束抛光设备多轴运动系统性能提升
2.3.1 工艺条件对修形过程的影响规律
2.3.2 高动态响应驱动平台优化设计
2.3.3 多轴运动系统性能测试
2.3.4 加工能力测试
2.4 本章小结
第三章 复杂形状CPP元件纳米精度离子束修形工艺研究
3.1 CPP元件离子束修形的成型原理
3.2 CPP元件的频率误差调控机理
3.2.1 去除函数束径与相位单元的映射关系
3.2.2 面形梯度对修形精度的影响规律
3.2.3 材料去除方式对误差频率的影响规律
3.2.4 修形精度与加工效率的平衡
3.3 CPP元件离子束修形的工艺优化
3.3.1 不同束径去除函数组合工艺
3.3.2 面形滤波优化工艺
3.4 CPP元件离子束修形误差分析与修正方法
3.4.1 材料去除量求解误差
3.4.2 定位误差辨识与补偿
3.5 CPP元件离子束修形实验
3.6 本章小结
第四章 强光元件离子溅射表面本征特性演变规律研究
4.1 亚表面损伤层的力学特性分析
4.1.1 亚表层损伤的表现形式
4.1.2 损伤层的力学特性研究
4.2 损伤层离子溅射微观形貌演变规律与机理
4.2.1 离子溅射塑性划痕演变规律与机理
4.2.2 离子溅射脆性划痕演变规律与机理
4.2.3 微纳尺度缺陷离子溅射演变规律
4.2.4 离子溅射表面质量演变规律
4.3 离子溅射表面本征特性的表征与评价
4.3.1 表面本征特性评价方法
4.3.2 划痕参数演变
4.3.3 表面污染杂质去除
4.3.4 纳米压痕表面物理性能分析
4.3.5 表面光热吸收效应
4.4 离子溅射表面激光损伤性能实验研究
4.4.1 激光损伤阈值测试
4.4.2 阈值测试结果与分析
4.5 本章小结
第五章 强光元件离子溅射清洁制造工艺研究
5.1 离子溅射清洁制造工艺的提出
5.1.1 现有阈值提升工艺的局限性
5.1.2 阈值提升组合工艺优化
5.2 组合工艺处理表面综合性能评价
5.2.1 组合工艺处理流程
5.2.2 组合工艺表面质量演变
5.2.3 表面光热吸收性能评价
5.2.4损伤阈值测试实验
5.2.5 阈值变化相关问题的提出
5.3 离子溅射对材料结构缺陷的作用规律与机理
5.3.1 结构缺陷及其对激光损伤性能的影响
5.3.2 离子溅射损伤的仿真研究
5.3.3 离子溅射对结构缺陷影响规律的实验研究
5.4 表面羟基化对损伤性能的影响规律研究
5.4.1 羟基对玻璃性能的影响
5.4.2 光学表面羟基化过程
5.4.3 表面羟基化的验证
5.4.4 表面羟基化对光热吸收效应的影响规律
5.5 组合工艺阈值提升机理的探讨
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响 [J]. 石峰,万稳,戴一帆,彭小强. 光学精密工程. 2016(12)
[2]先进光学制造技术进展 [J]. 许乔,王健,马平,陈贤华,雷向阳. 强激光与粒子束. 2013(12)
[3]动态聚焦中小焦斑的波前判据 [J]. 黄小霞,高福华,袁强,胡东霞,张崑,周维,代万俊,邓学伟. 物理学报. 2013(20)
[4]连续相位板束匀滑容差能力分析 [J]. 吕晨,张大志,张蓉竹. 强激光与粒子束. 2013(03)
[5]用于背光照明的大口径连续相位板设计和制作 [J]. 温圣林,侯晶,杨春林,颜浩,石琦凯,周礼书. 激光与光电子学进展. 2011(05)
[6]连续相位板的磁流变加工技术研究 [J]. 张伟伟,彭小强,石峰. 航空精密制造技术. 2010(05)
[7]连续位相板数控化学抛光制造技术研究 [J]. 杨春林,侯晶,周礼书. 光电工程. 2010(08)
[8]基于工艺的连续相位板设计 [J]. 温圣林,许乔,马平,杨春林,周礼书,颜浩. 光学学报. 2009(11)
[9]Frequency-domain analysis of computer-controlled optical surfacing processes [J]. ZHOU Lin, DAI YiFan, XIE XuHui & LI ShengYi College of Mechatronic Engineering and Automation, National University of Defense Technology (NUDT), Changsha 410073, China. Science in China(Series E:Technological Sciences). 2009(07)
[10]激光惯性约束聚变驱动器终端光学系统中束匀滑器件前置的条件研究 [J]. 姚欣,高福华,张怡霄,温圣林,郭永康,林祥棣. 物理学报. 2009(05)
博士论文
[1]光学元件吸收损耗的高灵敏度检测技术研究[D]. 张晓荣.中国科学院研究生院（光电技术研究所）. 2015
[2]亚纳米精度光学表面离子束修形的基础研究[D]. 廖文林.国防科学技术大学. 2015
[3]基于材料弹性域去除的超光滑表面加工关键技术研究[D]. 彭文强.国防科学技术大学. 2014
[4]亚表面缺陷和杂质诱导光增强的模拟及其检测和控制研究[D]. 章春来.电子科技大学. 2012
[5]光学镜面离子束加工材料去除机理与基本工艺研究[D]. 焦长君.国防科学技术大学. 2008
[6]光学镜面离子束修形理论与工艺研究[D]. 周林.国防科学技术大学. 2008
硕士论文
[1]高通量条件下熔石英强光元件缺陷抑制理论与工艺研究[D]. 钟曜宇.国防科学技术大学. 2016
[2]紫外光学元件激光损伤特性测试与分析[D]. 隋婷婷.国防科学技术大学. 2015
[3]光学非球面多方法组合测量技术研究[D]. 李业鹏.国防科学技术大学. 2014
[4]紫外熔石英光学元件加工缺陷钝化工艺研究[D]. 田野.国防科学技术大学. 2013
[5]机械性能对熔石英损伤影响研究[D]. 陈庆红.电子科技大学. 2013
[6]熔石英纳米压痕分子动力学仿真及实验研究[D]. 王昆.哈尔滨工业大学. 2012
[7]载能离子对固体材料表面溅射的模拟研究[D]. 张德根.华中科技大学. 2007
本文编号：3541074
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