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高紫外透过高能激光窗口材料的制备与性能研究

刘磊  
【摘要】: 随着高能激光器,尤其是空气激光系统(airborne laser system ABL)的发展和应用,人们要求激光系统中的窗口材料要能在允许通过兆焦量级能量的激光的同时不能使激光光束的波前发生畸变。导致光束畸变的主要原因是窗口吸收部分激光能量使得激光能量在窗口的表面以及体内积聚。对于一般窗口如熔玻璃等,其热光系数以及热膨胀系数均为正,热量积聚在此类物质上必然导致热透镜效应,导致波阵面发生畸变。 为了满足不发生光学畸变这一要求,人们采取了很多方法,其中非常重要的一种就是选用具有负热光系数(折射率随温度升高而降低)的物质作为窗口材料。只要选择恰当,即使窗口温度上升,因热膨胀引起的光程增加也可以由相应的负热光系数导致的光程减少来补偿,使得激光在经过窗口时其光程不随温度变化,激光质量不受影响,创造出一个“无热窗口”。在这一类物质中应用的比较广泛,前景被看好的的主要有两种物质:氟氧玻璃(OFG)和熔铸氟化钙(fusion-castCaF2)。 本文首先总结了一种评价大尺寸无热激光窗口材料的方法,并用这种方法氟氧玻璃以及熔融氟化钙的性能进行比较。两种材料之间的比较主要包括它们的光学性质以及机械特性的比较。通过比较可知,氟氧玻璃的光学性能略优于氟化钙,而它们的机械性能各有缺陷。氟氧玻璃由于其稳定性,良好的可加工型和及成分极大的可调性,在无热激光窗口应用方面更好的前景。 选取了氟氧玻璃作为理想的无热激光窗口材料后,为了制备成功合适的氟氧玻璃,首先详细的分析了影响氟氧玻璃各种性质的因素,在这些分析的基础上,设计了一种新的氟氧玻璃体系P_2O_5-(AlF_3+ZrF_4)-(CaF_2+SrF_2+BaF_2)-YF_3,并成功制备出合格的玻璃样品。


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