[發明專利]一種熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷初期能量沉積計算方法

在審

• 申請號: 202111621354.4
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114324393A
• 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: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95;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

一種熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷初期能量沉積計算方法，它屬于工程光學領域，本發明為解決現有技術缺乏有效的方法用于計算或表征熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷初期能量沉積的問題；本發明按如下步驟進行：步驟一確定熔融石英光學元件加工表面缺陷區缺陷能級結構；步驟二、獲取熔融石英光學元件加工表面缺陷區和無缺陷區受激發產生的熒光發射光譜熒光強度；步驟三、建立光學元件加工表面缺陷區材料非線性離化模型；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及能量沉積過程中產生的溫度；步驟五、獲取表征熔融石英光學元件加工表面引發激光損傷初期能量沉積過程的溫度和自由電子密度。

技術領域

本發明屬于工程光學領域，具體涉及一種熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷初期能量沉積計算方法。

背景技術

熔融石英光學元件因其優異的光學性能已成為激光驅動慣性約束核聚變(Inertial Confinement Fusion，ICF)裝置中應用最為廣泛的光學元件。熔融石英是一種典型的硬脆材料且極難加工，在加工過程中因機械力作用會不可避免地在熔融石英光學元件加工表面引入凹坑、裂紋和劃痕等表面結構缺陷。表面結構缺陷會導致熔融石英材料吸收特性的改變同時還會產生光場調制等現象，嚴重損害了高功率激光服役條件下熔融石英光學元件的抗激光損傷能力，極大限制了熔融石英光學元件的自身使用壽命和ICF裝置能流密度輸出的提升。

目前國內外普遍認為，熔融石英光學元件在加工過程中因機械力作用會在加工表面產生大量空位和位錯等微觀點缺陷。這些微觀點缺陷集中分布于熔融石英光學元件加工表面結構缺陷處，極大地改變了熔融石英光學元件加工表面缺陷區的光吸收特性，嚴重損害了熔融石英加工表面缺陷區的抗激光損傷能力。因此，在國內外一些報道中，熔融石英光學元件加工表面形成的局部微觀點缺陷甚至被視為引發強激光損傷、降低光學元件激光損傷閾值的損傷前驅體(亦稱為“光傷缺陷”)。熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷的初期能量沉積過程即熔融石英材料加工表面缺陷區微觀光傷點缺陷對入射高功率激光的異常吸收過程。同時，熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷的初期能量沉積過程往往還受到熔融石英光學元件加工表面結構缺陷產生的光場調制等現象的影響。

當前國內外普遍認為，熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷的初期能量沉積過程是熔融石英光學元件加工表面缺陷區激光損傷過程的能量源頭，直接決定了熔融石英光學元件加工表面缺陷區的激光損傷閾值和特定激光通量條件下熔融石英光學元件加工表面缺陷區的激光損傷程度。然而，目前卻缺乏有效的計算方法用于計算或表征熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發的激光損傷過程初期階段沉積的激光能量。

熔融石英光學元件加工表面激光誘導損傷初期能量沉積是誘發激光損傷的能量來源，對于從根本上揭示熔融石英光學元件加工表面激光誘導損傷機理，在工程中提升熔融石英光學元件加工表面抗激光損傷能力具有非常重要的意義。

發明內容

現有技術中缺乏有效的方法用于計算或表征熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷初期能量沉積的問題，而提供一種熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷初期能量沉積計算方法。

本發明提供的技術方案為：一種熔融石英光學元件加工表面缺陷區引發激光損傷初期能量沉積計算方法，所述方法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，確定熔融石英光學元件加工表面缺陷區缺陷能級結構；

對熔融石英光學元件加工表面最佳缺陷位置開展變激發光波長的光致熒光探測實驗，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、通過光致熒光探測實驗分別獲取熔融石英光學元件加工表面缺陷區和無缺陷區受激發產生的熒光發射光譜熒光強度；