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特种钕玻璃元件的磁流变加工技术的研究

秦北志  
【摘要】:由于国内外大型激光惯性约束聚变装置的兴建,磷酸盐激光玻璃,尤其是激光钕玻璃得到了前所未有的发展,无论是国外的NIF装置还是国内的“神光”项目,钕玻璃凭借其自身优良的光谱特性、非线性系数小、激光增益系数大等特殊性质使之成为强激光应用领域使用最广泛的激光玻璃介质。近些年来,国内外的相关研究机构都对激光钕玻璃的研究和制造工艺开展了较为深入的研究,并且拥有各自成熟完善的制备工艺。但对于该种晶体元件的光学加工方法的研究不是十分丰富,许多还是采用传统的抛光工艺在进行加工,钕玻璃元件的透射波前的质量受到传统加工技术的限制一般都较差。随着强激光应用领域的飞速发展,对激光晶体透射波前质量的要求越来越严格,急需发展新的超精密加工手段和加工思路。 磁流变抛光技术是近些年来国内外发展迅速的新兴超精密加工技术,以其特殊的材料去除机理和确定性的加工特点而被广泛地运用至各种光学材料的加工中。本文结合了波前补偿的加工思路和磁流变抛光的技术,创新地运用在激光钕玻璃晶体的加工,主要从以下几方面进行了研究: 1.激光钕玻璃晶体材料的物理化学性质,晶体结构特点,内部介质折射率不均匀性等。结合激光钕玻璃晶体性质分析引起钕玻璃晶体透射波前产生畸变的原因;分析钕玻璃棒元件的传统光学加工方法对该种透射波前畸变无法进行修正的原因。结合波前补偿的思想以及磁流变抛光确定性加工的特性将磁流变抛光技术运用至钕玻璃棒的透射波前畸变进行补偿型修正。 2.激光钕玻璃棒磁流变抛光的去除机理研究。总结了抛光的材料去除机理几种基本理论,结合钕玻璃棒质软等相关材料特性分析磁流变抛光的材料去除机理以及去除模型。为后续的研究打下理论基础。 3.激光钕玻璃棒磁流变抛光的工艺研究。研究用于钕玻璃抛光磁流变液的去除效率以及长周期内的稳定性;实验探索磁流变抛光工艺中几个重要工艺参数对材料去除效率及元件表面粗糙度的影响规律,便于后续加工实验中合适地选取加工的工艺参数。 4.激光钕玻璃棒磁流变抛光的加工实验。结合波前补偿加工的思想,以及上述实验研究的结果,用磁流变抛光设备对激光钕玻璃棒的透射波前畸变进行纠正式加工,大大提高了其透射波前的质量,并且具有极高的加工效率。


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