《缺陷對典型光學材料抗雷射損傷性能的影響》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由江天擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：缺陷對典型光學材料抗雷射損傷性能的影響
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：江天
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
一般認為長脈衝雷射輻照過程中光學薄膜和元件中的缺陷會誘導雷射致損從而導致整個高功率雷射系統無法正常工作，而超短脈衝致損光學材料主要由材料本身屬性決定。本項目以典型高功率雷射元件（光學薄膜和熔石英）為研究對象，以缺陷誘導雷射致損的觀點為研究主線，將系統的開展脈衝雷射輻照下缺陷對典型光學材料抗雷射損傷性能影響的研究。針對光學薄膜，選取四種典型薄膜進行納秒和皮秒的單脈衝雷射損傷實驗，在理論上將建立節瘤缺陷和納米顆粒缺陷致損模型，通過將實驗損傷形貌與理論模擬結果對比的方法，研究超短脈衝雷射輻照下缺陷是否是誘導薄膜致損的主要原因。對於熔石英材料，以三種傳統拋光工藝生產的熔石英為研究樣品，進行355nm的納秒雷射損傷實驗，研究不同工藝導致的熔石英表面缺陷在雷射輻照過程中的損傷特性，結論將在指導用於紫外雷射核聚變的熔石英元件拋光工藝的選擇與改進方面有重要意義。
結題摘要
光學材料中的缺陷誘導損傷問題限制了高功率雷射系統的發展及套用。本項目對光學薄膜和熔石英視窗的雷射誘導損傷進行了實驗研究與理論分析，主要研究成果與結論如下：（1）數值模擬了薄膜中的光場特性，包括干涉場以及缺陷引起的場分布。利用平面波展開的方法計算了脈衝作用下的薄膜干涉場，結果表明，場分布嚴格依賴作用時間，形成的場增強係數也與長脈衝雷射作用下不同；對缺陷場分布的模擬結果表明，節瘤缺陷在較大範圍內擾亂干涉場，而納米顆粒缺陷，即使尺寸只有數十納米，也能造成局部的場增強效應，尤其當缺陷對雷射的吸收較強時，形成的場增強效應係數也較大。（2）單脈衝損傷實驗結果表明，脈寬越短，薄膜損傷行為越確定。對同一薄膜，皮秒雷射損傷閾值比納秒雷射小一個量級。（3）薄膜的閾值損傷由缺陷誘導，結合脈衝持續時間內的熱擴散長度以及缺陷的溫度場分布等特性，解釋了皮秒雷射造成的損傷點比納秒雷射更小、更淺等現象出現的原因。當雷射能量密度大於閾值時，干涉場增強效應導致的膜層剝落弱化了缺陷的作用，通過計算納秒、皮秒雷射作用下的膜層溫度場，對不同樣品上出現的膜層剝落或燒蝕行為進行了分析。（4）不同加工工藝下的熔石英在355nm納秒雷射損傷閾值區別不大，主要是因為不管是哪種加工工藝都會引入相應的表面/亞表面缺陷。（5）損傷點寬度與深度隨輻照發次呈線性增長，且寬度增長比深度增長更快，同時波動性也更大。材料因破壞造成機械強度分布不均勻性是可能導致寬度變化波動較大的原因。（6）熔石英損傷坑形成階段主要包括快速形成（＜30ns）的損傷核心與相對緩慢的損傷坑壁和裂紋的形成（幾百納秒）。損傷核的形成特徵與樣品種類無關，但後續物質噴發則取決於樣品物理性質。
