抑制光场调制增强效应的熔石英元件损伤修复形貌设计研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:cicihaicic
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熔石英作为聚焦透镜和衍射元件的主要基体材料,广泛应用于ICF激光驱动装置中。然而,工作于紫外光波段的熔石英元件在高功率激光作用下还表现出易损伤的特性,目前,三倍频激光诱导熔石英元件损伤已经成为限制ICF激光驱动装置负载能力提升的重要因素。CO2激光修复技术作为当前最为成熟且有效的熔石英元件损伤修复技术,在抑制元件损伤增长,提升装置负载能力,降低装置运行成本等方面发挥着巨大作用。然而,C02激光修复技术并不能达到理想的修复效果,修复点将引起元件表面形貌发生变化,导致修复元件下游的光场分布出现调制增强区域,从而对分布在该区域的光学元件造成损伤威胁。本文以避免调制增强效应对下游元件的级联损伤威胁为目标,以标量衍射理论为基础,通过数值模拟与实验验证相结合的方式,系统研究了修复点形貌特征结构对其下游光传输所造成的调制影响规律,并结合当前修复工艺对修复点形貌设计提出了理论性指导。主要内容包括:(1)利用光学显微镜、WYKO白光干涉仪、XP-200接触式轮廓仪等相关检测仪器,系统研究了C02激光非蒸发式修复点形貌特征结构,建立了典型的带有边缘凸起的高斯形修复点数值模型,基于标量衍射理论进行了相关数值模拟,结合实验验证,得到了非蒸发式修复点特征形貌参数(修复深度、宽度、凸起高度及其相对位置等)对下游光传输产生的调制影响规律。研究发现,靠近修复元件位置的环形调制极大值光场分布主要受修复点深度的影响,且随复点深度的增大而逐渐增大,远离修复元件位置的轴上调制极大值主要受边缘凸起高度的影响,且随凸起高度的增加而逐渐增大。(2)结合蒸发式修复可以精确控制修复点形貌特征,建立了不同类型宏观形貌的修复点三维数值模型,通过对比不同类型修复点对下游光传输产生的影响,研究发现,在相同尺寸情况下,三类修复点中抛物形修复点形貌设计最为合理;(3)结合当前研究现状,利用聚焦小光斑二次加工修复点形貌,探索了二次加工对修复点下游调制光场分布所造成的影响,研究发现,二次加工有助于修复更大尺寸的损伤点,且可以有效控制下游光场调制极大值分布位置。
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