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红外连续波激光辐照下光学薄膜元件的热吸收特性研究

江腾蛟  
【摘要】:在连续波强激光作用下,光学元件可以在短时间内遭到破坏,致使激光器件无法正常工作。光学元件遭到破坏的主要原因是光学元件的热损伤。作为几乎所有光学系统中不可缺少的基本元件,光学薄膜是激光系统中非常重要而有最易损伤的薄弱环节,长期以来,激光对光学薄膜元件的破坏一直是限制激光向高功率、高能量发展的“颈瓶”,因此,研究薄膜强激光损伤与抗激光损伤,不断提高其抗激光强度,具有非常重要的意义。导致热损伤的主要原因就是光学薄膜热吸收的存在,它的存在,不仅影响薄膜的光学质量,更会造成激光在薄膜内的热沉积,特别是在高功率激光作用下,即使十分微弱的吸收也足以使薄膜元件得到灾难性破坏。因而,有必要对光学薄膜的吸收进行精确、快速、实时地检测。 本文采用表面热透镜技术,对3.8μm激光和2.8μm激光辐照下镀制在Si基底上的单层ZnS、YbF_3、YBC薄膜,不同膜系的YbF_3/ZnS多层分光膜和多层高反膜,以及镀制在CaF_2基底上的增透膜进行了吸收测量,并对3.8μm激光和2.8μm激光的测量结果进行了比较分析。此外,还对3.8μm激光辐照下,光学薄膜元件的温度场和热应力进行了定量分析。论文的主要工作包括: 1.建立了光学薄膜温度场的基本理论,利用交替隐型技术,对3.0μm DF激光辐照下高反射薄膜的温度场分布进行了数值模拟和理论分析。 2.基于热传导方程与热弹方程,采用有限元分析法,利用MSC.Marc有限元分析软件建立了激光辐照下光学薄膜基底的温度场与热应力的三维模型,研究了光学薄膜基底在高斯光束和环状高斯光束辐照下的温度场与热应力分布。 3.建立了表面热透镜技术测量光学薄膜微弱吸收的实验装置,分别在3.8μm激光和2.8μm激光辐照下,对多种光学薄膜样品的微弱吸收进行了测量,并对3.8μm


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