强激光作用下终端光学组件颗粒污染物的吸附及实验研究

发布时间：2020-07-28 11:52

【摘要】：高功率激光驱动器是激光惯性约束聚变研究的重要工具,终端光学组件是高功率激光驱动器的核心光机组件之一。终端光学组件由数块大口径光学元件以及机械类零件组成,位于整个激光链路的末端,实现激光频率转换,完成激光聚焦和精确定位,提供各种极端状态的实验条件。光学元件表面的污染会导致其通光质量与通光强度变差甚至产生光学元件的损伤,终端光学组件内部洁净与否直接关系到打靶实验能否成功。实际观测中发现终端光学组件内部在极短时间内就会产生大量的气溶胶,目前针对其中油、脂等液体污染物的研究较多,而固体颗粒的成分、来源以及吸附机理等问题尚不明确,仅靠实验手段难以解释清楚,需要从分子层面进行研究。因此,本文采用分子动力学仿真分析了金属颗粒的吸附机理以及激光与金属颗粒的作用过程,并通过实验研究了颗粒吸附力的影响因素。论文的完成对进一步提升光学元件表面洁净质量具有重要意义。本文建立了熔石英分子模型,模拟了金属铝在熔石英表面的吸附过程,从瞬时体系构象、铝颗粒质心高度、吸附力、总体势能等方面对吸附行为进行详细描述,并通过平面吸附球形颗粒的理论模型验证了仿真模拟的正确性。在此基础上,重点分析了粗糙度对熔石英表面吸附特性的影响,给出了三种具有代表性的吸附模型,提出了熔石英表面“疏颗粒性”的概念。采用分子动力学方法模拟了金属铝颗粒与熔石英光滑表面的作用以及铝颗粒在有缺陷的熔石英表面的吸附过程。重点分析了激光与熔石英表面铝颗粒的作用,针对不同尺寸的铝颗粒采用了不同的分析方法,从瞬时体系构象、不同系统温度、体系温度及应力分布等方面进行研究,分析了激光与金属颗粒作用机理,明确了气溶胶中固体颗粒污染物的来源。利用原子力显微镜对颗粒吸附力的影响因素进行了研究。研究中,按照修饰探针的制作流程,制备了原子力显微镜小球探针。通过实验获得的力曲线测定了颗粒的吸附力,分析了颗粒材料和熔石英表面粗糙度对颗粒吸附力的影响。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL632.1


本文编号：2772843