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本文在消化吸收国际标准ISO11254-2的基础上,结合我们的实际条件,建立了一套标准的S-on-1激光损伤测试规范,为科学、客观、深入研究光学薄膜的重复频率激光损伤现象及其损伤机理奠定了基础。本论文将损伤形貌也作为评价光学薄膜抗重复频率激光损伤特性的一个因素,将ISO11254-2统计损伤的两个变量(脉冲能量和脉冲次数)转化到了两个新的变量(脉冲能量和损伤状态)上,从而形成了一种新的激光损伤评价方法。
以激光与薄膜相互作用机制为理论依据,运用在热力耦合破坏理论的基础上建立的多层膜温度场模型和界面吸附模型以及把缺陷作为导致薄膜损伤主要因素建立的缺陷吸收损伤模型,对典型激光薄膜的在重复频率(S-on-1)激光作用下的损伤行为进行了实验研究,剖析了光学薄膜的重复频率激光损伤机制。重点研究了光学薄膜在低重复率激光(5Hz)作用下的累积效应的现象,研究表明累积效应在不同材料之间具有很大差异性。为了进一步分析损伤机制,研究了重复频率激光预处理对光学薄膜吸收的影响。
我们将损伤形貌区分为两种:弱损伤与强损伤。以固定数目的激光脉冲辐照测试点,由每个测试点点的损伤状态(强损伤或弱损伤),计算该能量密度下的弱损伤几率。随着激光能量的增加,弱损伤几率曲线呈现先增加后减小的趋势,并且会出现一个峰值。该峰值所对应的激光能量密度具有较好的重复性,故可作为光学薄膜重复激光损伤特性的评价方法。需要说明的是,弱损伤几率峰值所对应的激光能量密度与采用国际标准ISO11254-2所测量出的零几率损伤阈值在本质上是不同的。零几率损伤阈值是损伤从无到有的转变点,而弱损伤几率峰值所对应的激光能量密度是损伤由弱到强的转变点。经过分析,该转变点与功能损伤阈值的本质是一致的。然而,转变点的标准的选取和优化还要进一步的研究。