激光辐照下杂质诱导光学玻璃损伤的两种机理

摘要

基于空间球对称热弹性理论,从热传导、热应力方程出发,计算了含强吸收杂质Pt的石英和K9玻璃在激光脉冲辐照下的温升场和应力分布,同时考虑杂质强吸收汽化相变行为,发现含强吸收杂质的光学玻璃的激光损伤,主要是由于温度梯度引起的热应力和杂质汽化蒸汽压的作用的结果.由于不同的热物理和力学性质,当杂质没有汽化时,石英玻璃中的热应力不会达到断裂强度,杂质汽化产生的压力是石英玻璃破坏的主要原因;对K9玻璃,即使杂质没有达到汽化温度,K9玻璃中的温度梯度产生的热应力也会超过其抗压强度而导致破裂,杂质汽化后的蒸汽压增大了破坏的程度.此外,分析了杂质颗粒大小对材料激光损伤阈值的影响,发现存在一个最有害的颗粒尺寸,含该颗粒尺寸杂质的材料激光损伤阈值最低.