激光诱导熔石英损伤的光声频谱分析研究

论文摘要

激光诱导光学元件损伤一直是限制高能高功率激光系统负载能力提升的重要因素之一,因此探究光学元件损伤物理机制与物理规律,改善光学元件加工工艺,延长光学元件使用寿命始终是高能高功率激光技术发展中的重要问题之一。光学元件损伤物理过程主要包含多光子电离过程、雪崩电离过程、杂质缺陷诱导过程、非线性效应等,且往往为多过程耦合。对于这个复杂过程的研究,需要在线、便捷、高效损伤检测手段。目前有四种较为成熟的检测判别手法,分别为相衬显微镜法、光热偏转法、CCD检测法与光声法。相较于其他传统手段,光声法可兼顾在线、便捷、高效、廉价等特性,但在检测精度方面还存在差距。本论文提出了一种新的光声法判据,将损伤判定标准从光声信号幅值变化优化为光声信号频谱变化,进一步提升光声法判断精度,为早期损伤判断提供一种思路,实现便捷、高效、低成本、高精度的实时在线检测,同时对光学元件损伤机理研究提供一种可能的参考方向。本论文应用PVDF压电薄膜对熔石英损伤过程中产生的光声信号进行收集,提升了光声探测灵敏度;设计了信号放大电路与电磁屏蔽装置,保证了光声信号的保真放大;探究了光声探头粘合位置与粘合工艺对探测系统的影响,设计组建了光声实验平台。对比选择最优小波基与重构阶数,滤除混合于光声信号中的电子噪声,并通过傅里叶变换提取滤波后光声信号频谱特征峰,基于光声频谱分析研究了激光以1-ON-1方式辐照熔石英的损伤特性,并通过显微镜观察法对熔石英的光声频谱判定进行验证,结果表明光声频谱分析与共焦显微镜观察法得到的熔石英损伤判定结论一致,计算获得自制熔石英样品的损伤阈值为20.9 J/cm2,损伤形貌为麻点群,麻点群型形貌中最大的损伤坑口径与纵深分别为6.7 与200 nm。本论文研究结果表明光声频谱分析将光声检测精度提升至熔石英早期损伤,可能对熔石英和其他光学元件的早期损伤在线检测提供了一种新的解决方案。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈珂骏

导师: 袁孝

关键词: 激光损伤,光声频谱分析,熔石英,损伤麻点群

来源: 苏州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,化学,无线电电子学

单位: 苏州大学

分类号: O613.72;TN249

DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.001953

总页数: 68

文件大小: 5051K

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