基于损伤力学的蓝宝石激光窗口强度分析及数值仿真研究

为了分析蓝宝石激光窗口的强度,基于Hill′48各向异性屈服方程提出了蓝宝石损伤力学模型,开展了数值化方法研究,并编写了计算损伤变量的USDFLD子程序。采用通用有限元分析软件ABAQUS建立了窗口组件有限元分析模型,仿真分析了蓝宝石窗口在高压作用下的应力和损伤变量分布。仿真结果表明,窗口受到高压载荷后,在靠近上边缘处的剪切应力最大,该区域的损伤变量值较大,与试验时窗口破裂位置一致,说明该区域的损伤主要受剪切应力影响。为了提高蓝宝石激光窗口的强度和寿命,对该材料强度理论和相关研究结果分析,讨论了提高蓝宝石窗口强度和寿命的工程化技术措施。

非稳腔DF激光窗口热效应及其对远场光斑的影响

以非稳腔ＤＦ激光器ＣａＦ＿２输出窗口为例计算了不同输出功率情况下，窗口材料的温升、相应的波前位相变化以及有扩束系统和无扩束系统两种情况下，远场光斑所受的影响，给出了数值计算结果。

激光窗口形状对应力和光束位相影响的数值计算

计算了对流冷却下 50 0 k W DF激光器 Ca F2 输出窗口的温升 ,得到了平板形和球壳形输出窗口的应力分布和光束的位相分布 ;分析了窗口形状对应力和位相分布的影响。

激光窗口热效应和应力双折射的分析

分析了平板窗口在激光加热和内外压强差作用下对光束带来的附加相移,详细讨论了应力双折射部分的相移,计算了CaF2窗口的温升、应力、附加相移、远场Strehl比和退偏度等的分布。结果表明:窗口变形和折射率随温度变化是产生附加相移的主要原因,窗口的非均匀温升将导致光束质量下降,应力双折射部分的相移与窗口表面Miller指数有关,对入射光产生一定的退偏效应,从而影响光束质量。

制备Ga As激光窗口材料的一种新型补偿掺杂剂

用氧化铬 (Cr2 O3)作补偿掺杂剂、LEC法生长的GaAs窗口晶体 ,容易满足高阻补偿条件 ,碳、硅两种主要的残余杂质得到有效抑制 ,获得低自由载流子光吸收的优质GaAs红外激光出口材料。补偿掺杂剂氧化铬 (Cr2 O3)剂量为 99 9999%Ga和 99 9999%As量的优选范围是0 0 1%～ 0 0 4% (质量分数 )。室温下的自由载流子浓度低于 5× 10 6 cm- 3,对光吸收系数的贡献可以忽略。轻掺氧化铬高阻GaAs晶体具有良好的红外透射特性 ;10 6μm处激光量热法测量的红外光吸收系数约为 1 4× 10 - 3cm- 1 。

激光窗口材料热应力分析研究

利用有限Hankel变换就常见的环形分布激光束情形,推导得到了激光束辐照透过窗口镜引起热传导温度场和热变形分布的理论解,通过分析白宝石、石英两种窗口材料的热变形分布,结果表明,材料的热膨胀系数和热扩散率分别是决定热变形量大小和空间分布的决定性因素。

机械式激光窗口结构设计与防尘罩抗风载能力研究

针对高能激光发射装置使用环境恶劣,工作间歇时间长等特点设计了机械式快速密闭窗口,窗口包含压紧机构和密封机构两部分,选用同步带作为防尘罩收放机构,设计三连杆机构作为压紧装置。利用薄板大挠度变形原理建立防尘罩挠曲变形量、密封压力与正压风载之间的评估模型,以中心挠度为摄动参数,用摄动法求解模型,获得防尘罩最大抗风载能力与电机输出扭矩和密封圈参数三者之间的对应关系,分别利用有限元和实验测试验证评估模型的准确性,依据解析结果优化压紧机构。实际测试表明,对于600 mm口径的激光发射装置,防尘罩挠曲变形不超过7 mm时,评估模型求解误差不超过6%,当防尘罩厚度为1.2 mm时,窗口可以抵御20 m/s以下的风沙侵袭,最大抗风载能力和评估精度均明显优于现有技术和装备,有效提高了激光发射装置环境适应能力,降低了因环境因素导致的激光烧蚀,提高了激光发射装置的使用寿命。

强迫对流冷却下激光窗口热效应分析

对温升引起的激光窗口热应力分布和位相变化进行了分析 ,以 Ca F2 激光输出窗口为例 ,分别计算了表面强迫对流冷却下光强线型分布、高斯分布和均匀分布时窗口温升、相应的热应力分布和附加相移分布 。

基于二元光学设计的高能激光窗口的初步探讨

对非均匀近场强度分布影响强激光远场聚焦效果的原因进行了分析。对高能激光窗口进行了二元光学设计。提高了光束强度分布的均匀性,改善了光束质量。介绍了二元光学设计的基本原理,采用随机并行扰动爬山法对窗口的位相分布、变换后的光束强度分布、衍射效率和光束均匀性进行了计算。计算结果表明,基于二元光学设计的激光窗口能有效地改善光束强度分布的均匀性,提高了发射光束的质量。

高功率激光器输出窗口热效应的数值分析

利用格林函数解析法,针对高功率激光器中常见的环形分布激光束,计算并分析了由化学氧碘激光器目前比较流行的几种光学材料蓝宝石(Al_2O_3)、石英玻璃(SiO_2)、单晶硅(Si)组成的窗口镜的温度场分布以及热畸变特性。计算结果表明,在激光辐照的5秒时间内,温升场主要集中在激光束辐照的环形区域内,在整个镜面上远未拉平,由此引起的径向热变形也很不均匀。在激光辐照功率为50kW,辐照时间为5s的情况下,Al_2O_3、SiO_2、Si,三种窗口镜的最大热变形量分别是1.993μm,0.393μm,和6.251μm。

大口径宽波段高能激光发射窗口的设计与测试

由于大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口难于满足使用要求,本文设计了一套用于发射系统的快门式机械窗口。该机械窗口由防尘罩压紧机构和防尘罩的驱动机构两部分组成。压紧机构通过丝杠、钢丝绳和同步带等传动方式实现单电机驱动多目标同步运动,利用柔性铰链补偿安装误差。采用柔索的非线性分析法和积分原理求解了防尘罩的风压载荷与锁紧机构所需的压紧力间的解析关系,通过逆推法建立了正压风载与电机负载扭矩间的解析表达式。根据电机的矩频特性计算了机构的转速范围和防尘罩能承受的最大风载。实际测试表明,电机输出扭矩达到0.34Nm时,防尘罩可以抵御10m/s风载作用,开启与关闭的最小时间稳定在3s左右,正压风载与电机负载间表达式的计算误差不超过15%,窗口的运行可靠,符合设备使用要求。

双离子束溅射ITO薄膜在电磁屏蔽窗口中的应用

为了研究ITO薄膜在宽角度电磁屏蔽激光窗口中的应用效果,采用双离子束溅射镀膜技术在不同工艺条件下制备了ITO薄膜,根据薄膜的光电性能测试结果,分析了氧气流量、辅助离子源、基片烘烤温度等工艺条件对ITO薄膜透光性和导电性的影响。用Ti_(2)O_(3)和SiO_(2)作为高、低折射率材料,ITO薄膜作为电磁屏蔽膜层,在K9玻璃基片上设计了对2~18GHz电磁波高效屏蔽的0°~45°宽角度入射的1064nm激光窗口膜层,并利用双离子束溅射技术在合适的工艺条件下完成了薄膜的制备。测试结果显示,制备的薄膜透光性和电磁屏蔽性能良好,具有一定的耐酸性,适合作为高效电磁屏蔽、0°~45°宽角度入射的1064nm激光窗口膜层。

激光器结构与设计

TN242 2001053142表面对流冷却下非稳腔激光窗口温升分布的计算=Temperature increment distribution of laser unstable cavity window for convectivc cooling Systems[刊,中]/杜少军,陆启生,赵伊君,刘泽金(国防科技大学应用物理系.湖南,长沙(410073))//强激光与粒子束.—2000,12(1).—23-

大口径快速密闭窗口的设计及测试

针对大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口无法满足使用要求等情况,为发射系统设计了一套快门式机械窗口。该机械窗口采用聚氯乙烯(PVC)薄板作为防尘罩,利用弹簧和密封环组成半固定式滑槽,采用步进电机驱动。利用圆形薄板的大挠度变形原理,建立了防尘罩挠曲变形量与正压风载间的非线性微分方程;以中心挠度为摄动参数用摄动法求解微分方程,获得防尘罩挠曲变形量与风压载荷间的关系,并进一步求出电机的负载扭矩。由于电机的输出扭矩是一定的,为了使防尘罩抗风载能力达到最大,利用电机负载与防尘罩挠曲变形量间的解析关系式进一步优化了防尘罩的弯曲刚度。实际测试结果显示,防尘罩挠曲变形量的求解误差不超过15%;当防尘罩弯曲厚度为0.8mm时,防尘罩可以抵御12m/s风载作用,电机负载扭矩为0.34Nm;开启与关闭的最短时间小于3s,窗口运行可靠,符合设备使用要求。

激光器窗口的旋转效应

通过数值计算比较研究了静止、同心旋转、偏心旋转三种模式下高能激光器窗口工作过程中温度场和应力场的特征及其演变规律。研究表明 ,旋转式激光器窗口不但可使温度场和应力场轴对称化 ,且可降低最高温升、最大拉应力和最大剪应力 ;一定偏心距的偏心旋转可以起到消去拉应力、减小剪切应力的作用 。

激光点火窗口动态承压能力的试验研究

为测试某大口径火炮发射过程中激光点火窗口承受动态压力载荷的能力,设计了一种半密闭动态加压模拟装置,建立了装置内部火药燃烧与气体压力变化的数学模型,并验证了其合理性。利用该装置对炮用激光点火窗口进行了动态压力加载试验,并将火炮膛内和半密闭加压装置中实测压力变化曲线进行了对比分析。结果表明,被试光学窗口能够满足火炮激光点火的要求。半密闭加压装置能够较好地模拟火炮内弹道过程中的动态加压环境,为炮用激光点火窗口动态承压能力的测试提供一种可行的方法。

膜系设计

TB43 94064013强激光窗口和透镜材料氯化钾晶体的双层增透膜=Double-layer antireflection coating for KCloptics and high power CO2 lasers[刊,中]/程德刚,吕反修,孙庆标,于文秀,叶锐曾（北京科技大学材料系）//人工晶体学报.-1994,23（2）.

其他

TN245 2001042444准谐振脉冲激光电源的实验研究=Study of a seriesparallelresonant pulsed laser powers[刊,中]/叶志生,郁洪刚,王升平,高慧敏(天津大学精仪学院,教育部光电子信息工程开放实验室.天津(300072))//光电子·激光.-2000,11(5).-496-499对为储能电容充电的串并联准谐振逆变器的非连续导通模式进行了理论分析。