毫秒脉冲激光辐照光学镜片的热力效应

摘要

K9光学镜片是坚硬的脆性材料,对其进行切割、打孔等加工时容易产生裂纹甚至碎裂,而毫秒脉冲激光加工技术具有非接触、精度高、效率高等优点,逐渐被用于切割、打孔领域。为了将毫秒脉冲激光对K9光学镜片进行切割和打孔技术进一步的加强,利用脉宽为1 ms、功率为3 W且重复频率分别为900 Hz、500 Hz、100 Hz的毫秒脉冲激光辐照K9光学镜片,通过构建毫秒脉冲激光辐照光学镜片的热、力效应测量系统,记录K9光学镜片的表面温度演化过程以及镜片表面的实时应变,获得了不同频率毫秒脉冲激光辐照K9光学镜片的温度时程曲线和径向、环向应力时程曲线。得到如下结论:脉宽相同时,随着激光频率的增大,占空比增大,进而导致镜片吸收能量产生的温升增大,对K9光学镜片损伤也越大,得到最高温度与激光频率的2阶多项式拟合函数y=289.03213+0.02698x+4.19812×10^(-4)x^(2);脉宽相同时,随着激光频率的增大,占空比增大,镜片温度升高,温度梯度增大,加剧镜片内部单元的涨缩,从而使得径向、环向应力均增大,对K9光学镜片损伤也越大,得到径向、环向应力与激光频率的2阶多项式拟合函数分别为y=0.09583+1.61473×10^(-4)x-4.92642×10^(-8)x^(2)、y=0.03909+1.4254×10^(-4)x-6.95966×10^(-8)x^(2)。