基于太赫兹的激光诱导损伤识别技术研究

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光学元件的激光诱导损伤问题一直是高能量、大功率激光器发展的主要限制因素,因此激光技术的发展与光学元件的抗激光损伤能力密切相关。只有定量地测出光学元件的激光损伤阈值,才有可能提高其抗激光损伤能力。在测试光学元件激光损伤阈值之前,对其损伤识别是必不可少的,如何能快速有效的识别光学元件的激光诱导损伤成为一个研究热点。太赫兹光谱技术以其穿透性强、光谱分辨能力高、便捷高效、安全等优势,在物质缺陷检测方面有着广阔的应用前景,为激光诱导光学元件损伤识别提供了一种新的研究思路。因此,本文将太赫兹光谱技术与激光诱导损伤识别技术相融合,对激光诱导光学元件损伤识别进行研究。本文通过研究激光诱导损伤技术和太赫兹光谱技术,利用激光诱导损伤测试平台获得激光诱导损伤的光学元件,并在透射式太赫兹时域光谱系统中对损伤与未损伤的光学元件进行测试,在前人研究的基础上,推导光学元件在太赫兹波段的光学参数计算模型,同时利用MATLAB语言进行算法编程,实现了未镀膜光学元件和单层膜光学元件的光学参数计算,进而获得损伤与未损伤的光学元件的太赫兹时域波形、频域波形、折射率谱以及吸收系数谱,对其对比分析,得到识别光学元件激光诱导损伤的太赫兹信息。具体工作如下:(1)利用激光诱导损伤测试平台进行激光诱导光学元件损伤实验,获得不同激光能量诱导的Si片、K9玻璃、熔石英玻璃以及Si基底上镀Ti O2薄膜,将这些损伤的光学元件作为太赫兹光谱技术测试的损伤样品。(2)在透射式太赫兹时域光谱系统中对未损伤的与激光诱导损伤的Si片、K9玻璃、熔石英玻璃以及Si基底上镀Ti O2薄膜进行测试,获得对应的太赫兹时域波形,并对其对比分析,发现损伤的Si片、K9玻璃、熔石英玻璃的时域峰峰值均低于未损伤的,而损伤的Si基底上镀Ti O2薄膜的时域峰峰值高于未损伤的。(3)对未镀膜光学元件和单层膜光学元件的太赫兹光学参数模型进行推导,并在MATLAB语言环境中编写相应的算法程序,对获得的激光诱导损伤和未损伤的Si片、K9玻璃、熔石英玻璃以及Si基底上镀Ti O2薄膜的太赫兹时域数据进行处理,得到他们对应的太赫兹频域波形、折射率谱以及吸收系数谱。(4)对比分析激光诱导损伤前后Si片、K9玻璃、熔石英玻璃以及Si基底上镀Ti O2薄膜的太赫兹频域波形、折射率谱以及吸收系数谱。结果发现,损伤的Si片、K9玻璃、熔石英玻璃的频域振幅均低于未损伤的,而损伤的Si基底上镀Ti O2薄膜的频域振幅高于未损伤的;损伤的Si片、熔石英玻璃、Si基底上镀Ti O2薄膜的折射率均小于未损伤的,而损伤的K9玻璃的折射率基本不变;损伤的Si片、K9玻璃、熔石英玻璃的吸收系数大于未损伤的,而损伤的Si基底上镀Ti O2薄膜的吸收系数小于未损伤的。通过以上分析表明,激光诱导损伤后Si片、K9玻璃、熔石英玻璃以及Si基底上镀Ti O2薄膜与损伤前相比,其太赫兹时域峰峰值、频域振幅和吸收系数均发生了变化,因此,可通过他们对未镀膜光学元件和Si基底上镀Ti O2薄膜的激光诱导损伤进行识别。
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