[發明專利]一種熔融石英光學元件加工表面激光損傷閾值預測方法

在審

• 申請號: 202111621353.X
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114324273A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 程健;楊丁槐;陳明君;趙林杰;劉赫男;王振華;王景賀;劉志超;王健;許喬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G06F17/10
• 代理公司: 黑龍江立超同創知識產權代理有限責任公司 23217
• 代理人: 楊立超

1.一種熔融石英光學元件加工表面激光損傷閾值預測方法，其特征在于所述方法通過光致熒光探測實驗確定熔融石英光學元件加工表面電子缺陷能級結構；通過建立的熔融石英光學元件加工表面非線性離化模型預測熔融石英光學元件加工表面的激光損傷閾值；所述方法具體是按如下步驟進行的：

步驟一、基于變激發光波長熒光探測實驗，確定光學元件加工表面缺陷能級結構；

對熔融石英光學元件加工表面最佳缺陷位置開展光致熒光探測實驗，通過光致熒光特征峰的數量，確定電子缺陷能級數量，通過特征峰隨激發光波長的變化規律確定各能級之間的能帶寬，依據電子躍遷理論建立熔融石英光學元件加工表面的缺陷能級結構；并計算各能級躍遷到所屬自陷區的弛豫時間；

步驟二、基于電子躍遷理論和原子軌道理論，建立熔融石英光學元件加工表面非線性離化模型；

結合步驟一建立的熔融石英光學元件加工表面缺陷能級結構，依據電子躍遷理論和原子軌道理論，考慮熔融石英光學元件加工表面基態電子的電子躍遷和弛豫過程，建立熔融石英光學元件加工表面非線性離化模型；

步驟三、根據熔融石英光學元件服役激光波長，計算熔融石英光學元件達到激光損傷閾值時的臨界自由電子密度；

步驟四、獲取熔融石英光學元件無缺陷表面各能級電子密度隨時間演變曲線；

基于熔融石英光學元件無缺陷表面的激光損傷閾值，求得激光光場強度，并代入步驟二中的非線性離化模型，調節基態電子密度使導帶自由電子密度等于臨界自由電子密度，求得基態電子密度的初始值，將求得的基態電子密度的初始值和激光光場強度代入步驟二中的非線性離化模型，得到該激光通量下各能級電子密度隨時間的演變曲線，得到穩態時刻自由電子密度等于臨界自由電子密度；因此將穩態時刻自由電子密度是否達到臨界自由電子密度作為熔融石英光學元件加工表面被檢位置是否發生損傷的判據；

步驟五、獲得熔融石英光學元件加工表面被檢位置的激光損傷預測閾值；

獲取不同尺寸缺陷受激發產生的熒光發射光譜峰值強度與缺陷直徑尺寸的關系曲線，基于熒光定量分析理論，根據步驟四得到基態電子密度的初始值和熒光強度，求得二者的比例關系，將不同尺寸缺陷受激發產生的熒光發射光譜的熒光強度轉化為基態電子密度的初始值，根據步驟四的方法將基態電子密度的初始值輸入非線性離化模型，求得不同尺寸缺陷對應的穩態時刻自由電子密度，通過不斷調整激光通量，使得到的穩態時刻自由電子密度等于臨界自由電子密度，將此時的激光通量確定為熔融石英光學元件加工表面被檢測位置激光損傷閾值。

2.根據權利要求1所述的一種熔融石英光學元件加工表面激光損傷閾值預測方法，其特征在于在步驟一中，采用400nm-500nm波長范圍的變波長激發光對熔融石英光學元件加工表面進行掃描，選取熔融石英光學元件加工表面熒光強度最大點作為最佳缺陷位置。

3.根據權利要求2所述的一種熔融石英光學元件加工表面激光損傷閾值預測方法，其特征在于在步驟一中，確定的缺陷能級結構為價帶和缺陷能級I之間的能帶寬為2.64eV；缺陷能級I和缺陷能級II之間的能帶寬為2.64eV；缺陷能級II和導帶之間的能帶寬為2.96eV。

4.根據權利要求3所述的一種熔融石英光學元件加工表面激光損傷閾值預測方法，其特征在于在步驟一中，通過E指數擬合方法，得到缺陷能級I躍遷到所屬自陷區弛豫時間τ_I＝0.25ns，缺陷能級II躍遷到所屬自陷區弛豫時間τ_II＝0.092ns。