机械性能对熔石英损伤影响研究

摘要

建造中的大功率激光系统，必须要参考的一个主要因素就是光学元件的负载能力，它是高功率激光装置输出能力受限的根本原因。因此提高光学元件抗激光破坏性能的研究一直都是高功率激光器发展过程中研究的热点，而光学元件抗激光损伤能力的每一次提高，也都伴随着高功率激光器输出能力的质的飞跃。
　　熔石英玻璃由于具有优良的光学性能和抗辐照能力，被大量使用于高功率激光装置中。很多学者对提高熔石英玻璃的抗辐照能力做了大量实验和理论研究。但是很少有学者关注机械性能对熔石英玻璃损伤情况的影响。事实上目前主流提高熔石英抗辐照能力的实验过程中都或多或少的引入了机械性能的变化，如HF酸腐蚀熔石英表面，钝化微裂纹、避免了应力的集中，实际上是提高了熔石英表面的抗张强度；CO2激光修复，实际上是对熔石英初始损伤点进行了热处理，改变了损伤点周围的应力分布，提高了该点周围的机械性能。因此本文主要研究机械性能对熔石英损伤行为的影响，主要研究的性能是熔石英表面预应力和硬度：通过机械装置在熔石英表面产生均匀的预应力层，同时硬度也是熔石英玻璃机械性能的一个体现。
　　主要内容为：
　　1.对熔石英玻璃边界在受到外界约束时，玻璃表面应力分布进行了模拟。得出结论如下：中心点形变越大，熔石英表面同一位置应力越大；中心点相同形变时，同一个圆环上的应力大小基本相当；中心点相同形变时，离中心越远的环应力越小。
　　2.对熔石英玻璃施加机械外力，促使表面应力状态发生可预知的变化，在不同的应力状态下原位测试其损伤阈值和损伤增长阈值。得出如下结论：合适均匀分布的压应力可以提高熔石英的损伤阈值，但是会降低损伤增长阈值；过大的压应力会降低表面的机械性能从而对损伤阈值提升为负面作用；表面张应力不利于提高熔石英的损伤阈值。
　　3.使用维氏硬度测试方法对不同厂家提供的相同规格的熔石英样品做显微硬度测试，并在不同硬度下做三倍频激光损伤实验。得出结论：在一定硬度范围内，损伤阈值与硬度有正比的关系，当硬度达到某一值时，损伤阈值提升达到饱和。

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第一章 绪 论

1.1 熔石英的制备及种类

1.2 熔石英玻璃的物理性质

1.3 熔石英玻璃表面性能增强

1.4 熔石英玻璃预处理方法与损伤阈值

1.5 本论文主要工作

1.6 本论文的结构安排

第二章 熔石英玻璃损伤基本概述

2.1 损伤定义

2.2 损伤种类

2.3 初始损伤机理

2.4 损伤增长

2.5 损伤测试和判定方法

2.6 小结

第三章 预应力对熔石英损伤影响研究

3.1 熔石英表面应力产生原因及其检测手段

3.2 实验过程与方法

3.3 应力分析与实验结果

3.4 小结

第四章 硬度对熔石英损伤影响研究

4.1 实验测试

4.2 损伤阈值与硬度关系

4.3 小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果