激光诱导熔石英表面损伤修复中的气泡形成和控制研究

基于熔石英材料在CO_2激光作用下的温度分布和结构参数变化的计算结果,对熔石英损伤修复中的气泡形成和控制进行了研究.针对损伤尺寸介于150—250μm之间的损伤点,提出了一种能够有效控制气泡形成的长时间低温预热修复方法.基于低温下熔石英材料结构弛豫时间常数较长的特点,该方法在不引起熔石英材料结构发生显著变化的同时,能够解吸附表面和裂纹处所附着的气体和杂质,可有效降低裂纹闭合过程中气泡形成的概率.实验结果表明,长时间低温预热修复方法的成功修复概率可达到98%.

熔石英损伤修复坑下游光场调制的数值模拟与实验研究

系统研究了熔石英激光损伤修复后的形貌特征,根据测量数据建立了典型的损伤修复坑三维模型,利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了修复坑在351 nm激光辐照下游光场调制的分布规律.研究表明,修复坑引起的光场调制会使得下游不同距离位置处出现环形光场增强区和轴上位置光场增强点;环形光场增强区位置距离修复元件较近,其环形调制极大值主要受修复坑深度的影响,且随修复坑深度的增大而逐渐增加;轴上位置光场增强点位置距离修复元件较远,其轴上调制极大值主要受修复坑边缘凸起高度的影响,且随凸起高度的增大而快速增加;环形调制极大值或轴上调制极大值增大的同时,其分布位置与修复元件之间的距离均会逐渐减小.实验验证表明,利用三维修复坑模型得到的下游光场调制数值模拟结果与实验测量结果具有较好的一致性.本研究结果对控制熔石英元件损伤修复形貌特征以抑制调制增强效应给出了具体的控制方向,对修复工艺的改进与完善提供了非常有意义的参考.

不同类型修复坑形貌对光传输的影响

建立了不同类型熔石英元件损伤修复坑形貌的三维模型,利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了在351nm激光辐照下修复坑形貌对光传输的影响规律。研究表明,无论是锥形、抛物形或是高斯形修复坑形貌,均会产生离轴位置的环形光场调制增强区,其环形调制极大值均主要受修复坑深度影响,随着修复坑深度的增大而增大,而其分布位置随着修复坑深度的增加逐渐靠近修复元件后表面,随着修复坑底面半径的增大而远离修复元件后表面;同时,当修复坑深度与底面半径一定时,三类修复坑形貌中以抛物形修复坑形貌最为理想。

熔石英元件修复点交联分布对光传输影响的数值模拟

建立了熔石英元件修复点交联分布数值模拟模型,利用标量衍射理论结合快速傅里叶变换算法,分析了351nm激光辐照下修复区域对下游光传输的调制影响。研究结果表明,交联修复区域对下游光传输的调制主要受修复点间交联程度的影响,随着交联程度的增大,调制光场极大值迅速增大后快速减小,其分布位置先逐渐靠近后迅速远离修复元件出光面。光场调制随着传输距离的增大先快速增大后迅速减小。优化交联修复区域形貌结构参数可有效避免下游元件发生级联损伤。