基于光声法的光学元件损伤现象研究

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光学元件的损伤问题一直是高能高功率激光系统发展的主要限制因素,因此开展光学元件的损伤机理研究、提高光学元件的抗激光损伤能力始终是高能高功率激光技术发展中的重要问题之一。激光对光学材料的损伤机制主要有热损伤机制、雪崩电离损伤机制、多光子电离损伤机制、杂质缺陷诱导损伤机制和非线性效应损伤机制等,而且损伤现象和损伤机理与激光的波长和脉宽相关。由于激光损伤过程极为复杂,损伤的判别手段也非常多样化,目前较为成熟的判别方法主要包括相衬显微观察法、散射光法、等离子体闪光法、扫描电镜法等。但是,传统的判别方法无法兼顾效率、精度、紧凑、廉价,且无法在系统中在线检测光学元件的损伤情况。  针对上述问题,本论文采用光声法作为损伤判定的依据,可以实时、紧凑地进行损伤检测,窥探损伤的形成与发展过程,为研究激光损伤研究以及激光与物质相互作用提供了一个有力手段。本论文应用光声探头对损伤过程中样品产生的光声信号进行收集并用于损伤判别,设计并建立了结构简单、紧凑、易操作、可进行实时在线检测的光声检测实验平台。在脉宽10 ns、波长1064 nm的激光系统上,基于光声法以1-ON-1的方式对熔石英与K9玻璃样品进行损伤判定,并通过显微镜观察法对熔石英与K9玻璃样品的光声判定结果进行验证,结果表明光声法与显微镜观察法的判定结果一致。基于光声信号检测与零几率损伤的判断方法,计算得到熔石英以及K9玻璃样品的损伤阈值,分别约为10.9J/cm2与11.1J/cm2。
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