薄膜损伤的等离子体冲击波特征研究

摘要

随着科学技术的不断发展，光学系统的应用领域越来越广泛，光学薄膜作为光学系统中的核心组成部分越来越受到重视，其主要作用是调控光束传输质量，保护系统以免发生损坏。然而在强激光作用下，光学系统中的薄膜不可避免会发生损伤，一旦损伤发生将会影响整个系统的功能。衡量薄膜稳定性最重要的参数就是薄膜的抗激光损伤阈值，而激光对薄膜损伤主要是以等离子体冲击波的形式造成的，因此研究等离子体冲击波的特征就具有重要意义。
　　本文在理论研究基础上，选购了一套等离子体冲击波采集和处理设备，搭建了实验平台，分别对等离子体冲击波在空气中的传播规律、衰减规律、频域特征以及其与激光辐照能量之间的关系进行了实验分析，并最终得到了以等离子体冲击波强度特征为判别依据的薄膜损伤阈值测试方法。将传声器置于冲击波场中的不同位置，以相同条件多次辐照薄膜样片，可以得到冲击波在不同位置的特征规律;改变传声器与辐照点距离，测得激光器输出脉冲时间与等离子体冲击波传播到传声器的时间，可以得到等离子体冲击波在固定距离下的传播马赫数;改变激光脉冲能量，在固定的位置采集等离子体冲击波信号，分析信号的强度与频域信息，可以得到二者与激光辐照能量间的关系;根据激光辐照能量与等离子体冲击波强度关系，结合薄膜损伤情况，可以得到以等离子体冲击波为特征的薄膜损伤判别方法。
　　实验表明:等离子冲击波在空气中以近似球面的形式传播，其传播马赫数会迅速衰减，当到达厘米量级时，速度便已衰减为声速;等离子体冲击波的频率会随着激光辐照能量的增加而降低，而其强度会随着激光辐照能量的增加而增大;根据薄膜的激光损伤阈值与冲击波强度和激光能量的关系式中，可以计算出以等离子体冲击波强度为特征的薄膜损伤判别标准，经实验验证，该方法准确度高，识别快速，具有很好的应用前景。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究目的和意义

1．3 薄膜损伤判别方法

1．3．2 判别薄膜损伤的方法

1．4 国内外等离子体冲击波研究现状

1．4．1 国内研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．5 本文主要研究内容

2．1 光学薄膜热吸收

2．2 等离子体产生过程

2．2．1 等离子体

2．2．2 激光诱导薄膜等瞢乎体的产生

2．3 等离子体冲击波的形成及传播

2．3．1 等离子体冲击波的产生

2．3．2 等离子体冲击波的传播

2．4 判别薄膜损伤原理

2．5 本章小结

3 等离子体冲击波采集与特征分析

3．1 实验装置

3．2 等离子体冲击波在空气中的传播规律

3．3 等离子体冲击波传播马赫数的衰减规律

3．4 等离子体冲击声波信号的频域特征

3．5 等离子体冲击波压强与激光辐照能量之间的关系

3．6 等离子体冲击波压强与激光薄膜损伤阈值之间的关系

4 算法设计

4．1 等离子体冲击波信号去噪滤波

4．2 曲线拟合算法设计

4．3 本章小结

5 实验结果分析

5．1 实验装置

5．2 几种常见光学薄膜等离子体冲击波实验结果分析

5．2．1 HfO2薄膜

5．2．2 Ta2O5薄膜

5．2．3 TiO2薄膜

5．3 本章小结

6．1 本文的主要工作及结论

6．2 对今后工作的展望与建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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