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1.315μm强激光反射镜膜系设计与热效应研究

崔金兰  
【摘要】:本文首先从高反膜的设计原理出发,采用传统的四分之一波长膜系的设计方法,用TFCALC模拟设计软件设计出氧碘化学激光器(COIL)用的高反膜,给出强激光辐照下多层膜中的电场强度分布。由于短波长化学激光系统需要用多波长反射镜,根据氧碘化学激光器出射1.315μm红外光需要可见光进行调谐或引导的原则,因此采用双模堆设计的方法:在Si基片上以Si、SiO_2作为高、低折射率材料,设计出结构为Si/(LH)_1~(10)(LH)_2~4/Air的适合COIL用的多层介质高反射膜系,其中H、L分别代表高折射率膜层Si层、低折射率膜层SiO_2层,结构(LH)_1~(10)指的是1.315μm膜堆,结构(LH)_2~4指的是0.6328μm膜堆。理论模拟得出COIL在输出的中心波长1.315μm处的反射率达到了99.999%以上,能够满足兆瓦级化学激光器腔面介质膜所要求的水平;使调谐波0.6328μm的反射率达到99.2%以上,超过调谐波所要求达到的反射率(95%)。 由于热效应是影响强激光反射镜性能的重要因素,首先由热传导理论知识推导出不同坐标系下的热传导微分方程,求解出多膜层温度分布以及激光损伤阈值数学表示式,用格林函数法计算了1.315μm高斯光束辐照下的硅基片的温度分布,绘制出在不同高斯激光能量下的温度场分布曲线;然后利用轴向热变形公式计算了硅基片的热变形,绘制出在不同激光能量下的热变形曲线;最后,根据薄膜的激光损伤阈值的计算公式,计算出了只有SiO_2和Si两层薄膜时硅镜的激光损伤阈值,并绘制了损伤阈值随激光辐照时间的变化曲线。由硅基片的温度场分布和热形变结果,理论分析了镀膜后的温度场分布和热变形,由结果推测多层膜的热效应,从而得出高能激光反射镜热效应的损伤机理;最后分析总结了热效应对高能激光反射镜的损伤机理,为寻找适合氧碘化学激光器用的高能激光反射镜新材料、提高激光器的输出功率提供依据。


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