大口徑熔石英元件表面激光損傷特性研究.pdf

1、大口徑熔石英元件在強激光下的損傷，尤其是表面的損傷，會降低元件壽命，是限制慣性約束聚變(Inertial Confinement Fusion，ICF)激光驅(qū)動器負(fù)載能力提升的主要因素之一。本文主要針對大口徑熔石英元件的表面損傷，開展了理論和實驗的研究。論文內(nèi)容包括:
　　介紹了ICF激光驅(qū)動器中光學(xué)元件的負(fù)載能力問題和國外激光驅(qū)動器的負(fù)載能力提升之路，梳理了激光損傷的機理和大口徑熔石英光學(xué)元件損傷的原因。
　　建立了熔石英

2、元件表面損傷的幾率模型:基于元件表面拋光再沉積層中雜質(zhì)吸熱破壞的物理模型和雜質(zhì)的半徑分布，得到雜質(zhì)損傷閾值的分布形式。結(jié)合雜質(zhì)在表面的隨機空間分布，推導(dǎo)出了初始損傷發(fā)生的概率曲線。由這條曲線，可預(yù)測在不同口徑和通量的激光下測量時，元件的損傷閾值和初始損傷密度。
　　開展了判斷實驗:對一塊大口徑熔石英元件，在神光-Ⅲ原型裝置的一路上和一臺小口徑激光器上分別進行了在線和離線的損傷實驗。由離線測量得到的閾值數(shù)據(jù)推測出的元件損傷閾值與在線

3、實驗中的一致，驗證了幾率模型的正確性。
　　結(jié)合激光能量和元件表面損傷點面積的關(guān)系，進一步推導(dǎo)了初始損傷面積的解析式。
　　將靜態(tài)的損傷幾率模型擴展，推導(dǎo)了多發(fā)激光入射后，元件表面損傷密度、擋光面積的變化與激光通量、輻照面積和發(fā)次的關(guān)系。
　　至此，建立了一套方法，可由離線測量的損傷數(shù)據(jù)，預(yù)測元件在線運行時的損傷閾值、損傷密度、損傷面積。由此，可離線評估元件的抗損傷能力和壽命，為器件運行提供理論指導(dǎo)。
　　另外，

4、還初步探討了復(fù)合波長對損傷密度的影響。
　　對非吸熱性雜質(zhì)，用時域有限差分法模擬了其對光場的調(diào)制。這種雜質(zhì)散射光場，造成光場強度的增大與雜質(zhì)的半徑和折射率有關(guān)。波長尺度的氣泡和氧化鋯雜質(zhì)，可使光場強度增大1.6-1.9倍。散射光場經(jīng)過非線性傳輸，調(diào)制會進一步增大，使光束質(zhì)量下降，還可能使元件后表面或下游光學(xué)元件出現(xiàn)損傷。
　　論文的研究方法和結(jié)果對我國ICF高功率固體激光裝置負(fù)載能力的提升和指導(dǎo)器件運行有一定的理論意義和工程