熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究物理学报.PDF

第 59卷 第 2期 20 10年 2 月 物 　理 　学 　报 Vol. 59 ,No. 2 , February, 20 10 /20 10 / 59 (02) /1　30806 ACTA PHYSICA SIN ICA 20 10 Ch in. Phys. Soc. 熔石英表面热致应力对激光损伤行为影响的研究 刘红婕 　黄 　进 　王凤蕊 　周信达 　蒋晓东 　吴卫东 (中国工程物理研究院激光聚变研究中心 , 绵阳　62 1900) (2009 年 3 月 4 日收到 ; 2009 年 6 月 4 日收到修改稿 ) 　　为了研究热致应力对光学元件损伤特性的影响 ,通过实验测试退火处理消除热应力和未消热应力石英基片的 激光损伤特性 ,研究了热致应力对石英元件初始损伤阈值 、损伤增长阈值以及损伤增长规律的影响. 结果表明 ,热 致应力对熔石英光学元件的初始损伤阈值有影响 ,初始损伤阈值随着热致应力增大而降低 ;热致应力会加剧激光 引发的损伤增长 ,相同的激光通量下 ,表面应力越大的区域拥有越高的损伤增长因子 ,但损伤增长仍遵从指数增长 规律. 热致应力对损伤增长阈值没有明显的影响. 本文的研究将为 CO2 激光预处理工艺能否被应用于大 口径光学 元件提供一个必要的技术参考. 关键词 : 应力 , 激光损伤 , 熔石英 , CO2 激光预处理 PACC : 7820 , 4270E, 6220M 高温退火的方式减弱 [ 14 ] ,但对于较大口径的光学元 1引 言 件 ,高温退火过程会引起面形畸变等负面效应 ,从而 严重影响传输光束的质量 ;另一方面 ,热致应力的存 为了得到尽可能大的输出能量 ,大型高功率固 在必然会影响处理后熔石英元件抗损伤能力的提升 , ( ) [ 1, 2 ] 体激光装置 ,如美国的国家点火装置 N IF 和中 从而直接影响激光预处理的工程化应用. 因此 ,研究 国的神光系列装置 [ 3, 4 ] ,都在接近光学元件损伤阈 熔石英表面热致应力对光学元件激光损伤规律的影 值的激光通量下运行. 因此 ,提高光学元件的损伤 响非常必要 ,将为 CO 激光预处理工艺能否应用于大 2 阈值是提高高功率固体激光装置输出能力的关键. 口径光学元件提供一个必要的技术参考. 而终端组件的紫外损伤是 目前高功率激光装置 中 光学元件损伤问题中最为严重的部分 ,是限制激光 2 实验测试平台 器输出能量的瓶颈 [ 5, 6 ] . 熔石英光学元件是终端组件中的主要组成部 　　本实验利用 CO2 激光器对石英光学元件进行 分 ,也是 目前损伤最为严重的光学元件. 为了提高 缺陷融覆预处理 , 在石英元件表面产生融覆热应 三倍频激光下熔石英材料的抗损伤能力 ,减少因材 力. 实验所用的 CO2 激光器是一台功率线性可调 、 料表面物理结构缺陷带来的损伤 , N IF 的研究人员 最高输出功率为 120 W 的连续激光器 ,输出光束 口 提出了一种有效的方法