熔石英修复形貌对三倍频激光传输过程相位调制的影响

摘要

熔石英光学元件广泛应用于各类光学系统，在高功率固体激光装置中其表面损伤问题尤为突出，熔石英元件一旦损伤将导致损伤阈值降低并导致下游元件损伤，因此工程上采用CO2激光对表面损伤进行修复，但修复形貌将对激光传输和调制带来影响，如何优化修复形貌和下游元件摆放位置至关重要。本论文针对两种常用的CO2激光修复技术产生的大尺寸修复形貌，即非蒸发式修复产生的高斯型修复坑和蒸发式修复产生的圆锥型修复坑，通过数值模拟研究修复形貌对激光调制的影响规律，为修复工艺提供参考。具体内容如下：
　　1.基于标量衍射理论，结合MATLAB数学计算软件，将高斯型和圆锥型修复形貌抽象为相应数学模型，利用菲涅尔衍射积分公式，将数学模型与衍射物理过程整合，从而实现MATLAB仿真计算程序化，开展不同修复形貌对三倍频激光传输相位调制过程的模拟研究。
　　2.针对高斯型修复形貌，分别计算了修复坑纵向深度、横向半径以及下游元件摆放位置与调制度（畸变衍射光强）之间的关系，结果表明，随修复坑深度增加，调制度分布呈“锯齿状”波动，分别在不同位置出现极大值；当修复坑半径小于300μm时对调制度影响不大，半径大于300μm之后调制度快速增加；对于不同尺寸修复坑和深宽比固定的修复坑，衍射光强最大值均出现在修复元件下游2cm处，当修复坑半径为450μm时，调制度可达4.7。计算结果与实验结果一致。因此，工程上可通过实际修复形貌和尺寸预测激光调制度随距离的变化关系，选择合适的位置摆放下游元件。
　　3.针对圆锥型修复形貌，研究方法与高斯型类似。分别计算了修复坑纵向深度、横向半径以及下游元件摆放位置与调制度之间的关系。结果表明，修复坑深度和宽度对调制度峰值均有影响，窄而深的修复坑强制度较大，宽而浅的修复坑调制度较小；半径为450-650μm的修复坑调制度较强；与高斯型修复形貌相比，圆锥形修复形貌产生的调制度峰值更靠近修复元件，并且随距离增大，调制度较小、波动不大。计算结果与实验结果一致。
　　本论文利用MATLAB仿真模拟熔石英修复形貌对入射光场调制过程，研究结果表明，蒸发式修复形貌更有利于改善激光传输相位畸变，计算结果可为熔石英元件的CO2激光修复工艺改进和激光装置中下游光学元件的摆放位置提供参考。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章绪论

1.1研究工作背景

1.2元件损伤介绍

1.3熔石英损伤修复方法

1.4论文研究内容

第二章数学模型搭建及计算仿真程序设计

2.1引言

2.2数学模型搭建

2.3计算程序设计思路

2.4本章小结

第三章高斯型修复形貌仿真研究

3.1引言

3.2高斯型修复形貌仿真初步处理

3.3仿真与实验结果比对

3.4仿真结果与分析

3.5本章小结

第四章圆锥型修复形貌仿真研究

4.1引言

4.2仿真计算初步配置

4.3仿真与实验结果对比

4.4圆锥修复形貌仿真结果与分析

4.5本章小结

第五章全文总结与创新及展望

5.1全文总结

5.2论文创新性

5.3研究展望

致谢

参考文献

附录：MATLAB仿真程序

研究生期间取得成果