毫秒激光致K9玻璃损伤及作用过程声发射特性研究

毫秒激光致K9玻璃损伤及作用过程声发射特性研究

论文摘要

激光与光学材料相互作用造成损伤的研究自激光器诞生以来一直备受关注,其中以纳秒激光与光学材料相互作用的研究为主。本文从实验和数值模拟两方面研究了毫秒激光致K9玻璃损伤机理和特性,并对毫秒激光与K9玻璃作用过程中的声发射特性进行了分析。利用毫秒激光损伤测试平台,改变焦距以及聚焦位置,研究了毫秒激光作用下K9玻璃前后表面的损伤形貌和损伤概率,并对激光作用过程中伴随的声发射进行了探测。实验结果表明,焦平面位于前表面时,以熔融损伤为主,表现为由前表面向内部延伸的锥形熔坑,尺寸在百微米量级。作用过程伴随有强烈的声发射,其频谱主要分布在10Hz~5kHz频率范围,且声信号的持续时间与熔坑尺寸成正相关关系。焦平面位于后表面时,以应力损伤为主,损伤形貌不规则,尺寸大于前表面,可达厘米量级。作用过程中的声发射较弱,对应频谱在10Hz~20kHz范围内分布较为均匀。焦距较长时,损伤概率随焦平面与样品表面距离的增大缓慢减小,这主要由于焦距变化对能量密度空间分布的影响。建立了毫秒激光辐照K9玻璃的热力学模型,采用有限元方法对激光作用过程中K9玻璃的温度场和应力场进行计算。结果表明,径向应力和环向应力是导致材料产生应力损伤的主要原因。焦距越短,光斑尺寸越小,作用中心点温升越明显,更容易产生熔融损伤。此外,在短焦距下,中心点周围温度梯度更大,熔融坑尺寸更小,与实验结果吻合。本文研究可为长脉冲激光致光学材料损伤机理和损伤过程的研究提供一定参考。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 研究背景以及意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 激光致光学材料损伤的研究现状与进展
  •     1.2.2 毫秒激光致光学材料损伤的研究现状与进展
  •     1.2.3 不同聚焦位置对激光损伤特性影响的研究现状与进展
  •   1.3 本文主要内容
  • 2 激光致光学材料损伤机理及检测处理方法
  •   2.1 激光致光学材料损伤机理
  •     2.1.1 雪崩电离
  •     2.1.2 多光子电离
  •     2.1.3 杂质吸收
  •   2.2 激光损伤检测方法
  •     2.2.1 CCD显微检测方法
  •     2.2.2 光散射法
  •     2.2.3 等离子体闪光法
  •     2.2.4 声学方法
  •   2.3 光学材料预处理方法
  •     2.3.1 退火
  •     2.3.2 化学刻蚀
  •     2.3.3 离子束抛光
  •     2.3.4 激光预处理
  •   2.4 本章小结
  • 3 聚焦参数对毫秒激光致K9玻璃损伤特性的影响
  •   3.1 实验装置及方法
  •   3.2 焦点位置对毫秒激光致K9玻璃损伤特性的影响
  •     3.2.1 对损伤形貌的影响
  •     3.2.2 对损伤概率的影响
  •     3.2.3 对声信号的影响
  •   3.3 焦距对毫秒激光致K9 玻璃损伤特性的影响
  •     3.3.1 对损伤形貌的影响
  •     3.3.2 对损伤概率的影响
  •     3.3.3 对声信号的影响
  •   3.4 传声器位置对损伤声信号的影响
  •     3.4.1 传声器与激光作用中心的距离对声信号的影响
  •     3.4.2 传声器角度对声信号的影响
  •   3.5 本章小结
  • 4 毫秒激光致K9玻璃损伤的数值模拟研究
  •   4.1 毫秒激光与K9 玻璃相互作用的二维模型
  •   4.2 计算结果与分析
  •   4.3 与实验结果的对比
  •   4.4 本章小结
  • 5 结论与展望
  •   5.1 本文结论
  •   5.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 吴朱洁

    导师: 陆健,潘云香

    关键词: 激光损伤,毫秒激光,焦距,聚焦位置,声信号探测

    来源: 南京理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

    专业: 物理学,无机化工,无线电电子学

    单位: 南京理工大学

    分类号: TQ171.734;TN249

    DOI: 10.27241/d.cnki.gnjgu.2019.001560

    总页数: 62

    文件大小: 3749K

    下载量: 17

    相关论文文献

    标签:;  ;  ;  ;  ;  

    毫秒激光致K9玻璃损伤及作用过程声发射特性研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢